中国农业生态效率评价方法与实证——基于非期望产出的SBM模型分析

潘 丹,应瑞瑶

(1.江西财经大学鄱阳湖生态经济研究院， 南昌 330013;2.南京农业大学经济管理学院， 南京 210095)

改革开放以来，中国的农业经济以近6％的速度保持了30多年的持续高速增长，并取得了巨大成就，但是在发展过程中也付出了巨大的资源和环境代价。《第一次全国污染源普查公报》数据显示，2007年中国农业化学需氧量、总氮和总磷的排放量分别为1324.09万吨、270.46万吨和28.47万吨，占各自污染总排放量的43.7％、57.2％和67.4％。亚洲开发银行估计：中国农业资源环境破坏所造成的直接经济损失占全国GDP的0.5％—1％，同时由于过量施肥和施用农药，中国每年约有包括农产品在内的74亿美元出口商品因绿色壁垒而受阻[1]。在此背景下中国政府认识到这种趋势的不可持续性，明确提出了资源节约型和环境友好型的“两型农业”理念，要求形成一种可持续的农业经济发展模式。因此，如何在保证农业经济快速发展的同时减少资源浪费和降低环境污染，实现资源节约、环境保护和农业经济增长的三者统筹协调发展是“十二五”期间中国农业经济所面临的最紧迫任务。1990年Schaltegger和Stum首次提出生态效率概念，随后生态效率成为衡量可持续发展的重要分析工具[2]。提高农业生态效率也因此成为促进我国农业经济与资源环境协调发展的重要切入点。

生态效率是指通过提供能满足人类需要和提高生活质量的竞争性定价商品与服务，同时使整个生命周期的生态影响与资源强度逐渐降低到一个至少与地球的估计承载能力一致的水平[3]。具体到农业领域而言，农业生态效率则是指在保证农产品数量和质量的前提下，尽量减少环境污染和资源消耗，即提倡一种以“适量、优质、减污、节源”的理念方针的现代生态农业发展模式[4]。由此可见，农业生态效率要求以较少的资源消耗和较低的环境破坏来生产更多的产品，较好地符合可持续发展理念。目前学者们已经对企业[5-6]、产品[7]、行业[8]、区域[9-10]等层次的生态效率展开了大量研究，这其中选择合适的生态效率评估方法成为研究的热点。现有文献中生态效率的评价方法主要包括单一指标法、指标体系法以及DEA模型方法[11]。单一指标法虽然较为简单但无法区分不同的环境影响，适合于单个项目的分析；指标体系法可以综合反映出社会、经济、自然各子系统的发展水平和协调程度，但在指标选取和权重赋值上存在较大的主观性；DEA模型则能很好地减少确定权重时的主观因素，因而被学者们广泛应用于生态效率的实证研究中。

然而，传统的DEA模型在评价生态效率时没有考虑投入和产出的松弛问题，且可能会由于径向及角度的选择而带来生态效率的测算偏差。理论和实践均表明，生态效率的测算偏差不仅会扭曲对经济增长绩效的评价，而且会使基于生态效率的政府决策发生偏误，导致资源环境的进一步恶化。为克服这一缺陷，Tone提出了非径向、非角度的(SBM)模型来测算生态效率[12]。因此，本研究将借鉴此模型，采用线性规划技术，对1998—2009年中国30个省份的农业生态效率及其空间分布特征进行分析，并给出农业生态效率的改善途径，以为实现资源节约、环境保护和经济增长三者协调发展的可持续农业增长模式提供科学借鉴。

1 研究方法和数据

1.1 研究方法

1.1.1 传统的生态效率评价方法：DEA方法

DEA方法是由Charnes和Cooper提出的一种评价决策单元相对效率的方法[13]。由于该方法无需事先设定模型的具体形式和估计参数，避免了人为确定权重对测算结果的主观影响，因而在生态效率的研究中得到了广泛应用。假设有K个决策单元，每个决策单元有N种投入X、M种期望产出Y和I种非期望产出U，则农业生态效率的DEA评价模型可以表示为：

(1)

1.1.2 改进的生态效率评价方法：非径向、非角度的SBM模型

上述DEA模型存在一个致命的弱点：其本质上仍属于径向的和角度的的DEA度量方法。径向DEA度量方法会造成投入要素的“拥挤”或“松弛”问题。当存在投入或产出的非零松弛时，径向DEA模型会高估评价对象的生产率。而角度的DEA模型仅关注投入角度或者产出角度的某一个方面，因此计算的生产率结果并不准确。

图1 传统DEA测算模型中的投入松弛问题

为克服径向和角度DEA模型的缺陷，Tone提出非径向、非角度的SBM模型，其基本形式为[12]：

(2)

1.2 数据和变量

由于农业生态效率综合反映了资源节约、环境保护和农业经济增长这三者统筹协调发展的情况，因此本文在农业生态效率的评价指标选取上也主要考虑了这3种因素。参照以往的相关研究，本文选择土地、劳动力、役畜、化肥、机械、水资源等作为农业资源消耗指标[15]；农业经济活动所产生的环境影响主要是指环境污染物的排放(农业面源污染等标排放量)，借鉴Chung等的思路，本文将环境污染作为一种非期望产出处理[16]；农业经济增长变量用农林牧渔业总产值表示，并通过1998年农林牧渔业总产值指数进行调整。变量具体设计见表1。

表1 农业生态效率投入产出指标

上述的投入产出指标数据均来源于历年的《中国统计年鉴》、《中国农业年鉴》、《中国农村统计年鉴》、《改革开放三十年农业统计资料》和《中国渔业年鉴》等，并经计算整理组成1998—2009年中国大陆30个省市(西藏、香港、台湾、澳门除外)的面板数据集。其中农业面源污染等标排放量是作者参照陈敏鹏等[17]以及梁流涛[18]等采用清单分析方法计算得到，具体计算公式如下：

(3)

EI=E/S

(4)

式中,E为农业面源污染排放量，主要包括化学需氧量(COD)、总氮(TN)和总磷(TP)三类；EUi为单元i指标统计数；ρi、ηi和Ci分别为单元i污染物的产污强度系数、利用效率系数和污染物排放系数。EUi数据可从历年相关统计年鉴中获得，各产污强度系数、利用效率系数和排污系数等参数值则是作者经过广泛的文献调研并借鉴第一次全国污染源普查领导小组办公室发布的《污染源普查农业源系数手册》取得。式(4)中EI表示农业面源污染等标排放量，为农业面源污染排放量E和相应的污染物排放评价标准S的比值。根据GB3838—2002中的Ⅲ类水质标准，COD、TN、TP污染物的排放评价标准分别为20、1mg/L和0.2mg/L。

2 农业生态效率测算结果分析

2.1 农业生态效率的时间分布

以DEA-SOLVER PRO软件为计算平台，使用SBM模型测算得到中国1998—2009年的农业生态效率情况，结果见图2。

图2数据表明：(1)1998—2009年间中国农业生态效率整体呈现出波动中缓慢上升的态势，1998—2003年期间农业生态效率出现波动中下降的态势，2003年以后农业生态效率开始稳步上升。农业生态效率在2003年之后出现稳步攀升现象的原因可能在于：2003年之前我国农业资源环境管制相对较弱，农业发展中自然资源和生态破坏较为严重；2003年之后，国家和各级地方政府加大了对农业资源环境的管制力度，陆续出台了《水污染防治法》(2008)、《畜禽养殖业污染防治技术政策》(2010)等具体的农业资源环境管制措施，从而在一定程度上扭转了全国农业生态效率下降的趋势；(2)1998—2009年间中国农业生态效率的均值为0.499，这一方面说明中国的农业生态效率整体处于较低水平，我国农业并没有实现经济增长和资源环境保护的协调发展，另一方面也意味着我国的农业发展还存在较大的资源节约和环境保护空间。

图2 1998—2009年中国农业生态效率变动趋势

2.2 农业生态效率的空间分布

根据计算结果，1998—2009年中国30个省市农业生态效率均值的排序如图3所示。

图3 中国30个省市的农业生态效率

(1)30个省市中只有北京、上海、海南、重庆4个地区的农业生态效率值为1，这说明相对于其他地区而言，这4个地区的投入产出已达到最优水平，在农业发展的同时有效地兼顾了资源和环境的保护。其余26个省市的农业生态效率都处于较低水平，属于农业生态效率非有效地区，需要改变投入和产出来推动农业生态效率达到有效状态。

(2)福建、江苏、浙江、河南、天津、山东、辽宁以及广东等8省市的农业生态效率值处于全国平均水平以上，四川、河北、安徽、湖北、吉林、湖南、江西、黑龙江、新疆、陕西、云南、广西、山西、内蒙古、贵州、甘肃、青海以及宁夏等18个省市的农业生态效率值处于全国平均水平以下。可见，农业生态效率较高的省份大多集中在东部地区，中西部地区的农业生态效率较低。这说明，目前我国东部省份在农业发展过程中更加注重资源和环境的保护，农业经济发展方式较为持续，而中西部地区在农业发展过程中带来了大量的资源消耗和严重的环境污染，农业经济发展方式较为粗放。在大力提倡“两型农业”建设的今天，中西部地区的农业部门应该全面协调、统筹发展，兼顾经济效益和资源环境效益。

3 农业生态效率的改善方向

3.1 农业生态效率损失的原因

表2 农业生态效率投入和产出的优化结果

(1)北京、上海、重庆、海南的农业生态效率值为1，为生态效率有效地区；因此，本表不包含这4个地区；(2)按照冗余率大小进行排序，黑色表示对农业生态效率损失影响的最主要要素，深灰色为第二影响要素，浅灰色为第三影响要素；(3)东部地区包括河北、天津、广东、江苏、辽宁、山东、浙江、福建7省1市；中部地区包括安徽、河南、黑龙江、吉林、湖北、湖南、江西、内蒙古、山西9省；西部地区包括广西、贵州、云南、四川、西藏、宁夏、青海、甘肃、陕西、新疆10省

(1)从生产过程看，各省农林牧渔总产值的冗余率都为零，而投入要素和农业面源污染都存在一定的冗余。这说明农业产出不足并不是我国农业生态效率损失的原因，导致我国农业生态效率损失的原因主要集中在资源投入和非期望产出两方面。资源消耗过多和环境污染物排放过量是现阶段我国农业生态效率低下的主要原因。

(2)从全国范围来看，农业生态效率损失的主要影响因素依次为役畜投入、劳动力投入和土地投入。役畜投入在我国农业生态效率损失中所占的比重最高，这说明目前我国的农业生产中役畜投入过多。由于我国存在着大量的农村剩余劳动力，劳动力投入构成农业生态效率损失的第二影响因素。土地投入对农业生态效率损失的影响排在第三位，在我国耕地面积日益稀缺的情况下，本不应该出现这样的情况。这说明我国的耕地资源并没有得到高质量的利用，耕地利用效率较低，从而导致土地投入出现较大冗余。这可能与我国小规模的土地经营方式有关，例如李谷成等以及Chen等的研究都表明小规模的农业生产将导致农业生产效率损失[19-20]。

(3)分区域来看，不同区域农业生态效率损失的原因有所不同。东部地区农业生态效率损失的主要影响因素依次为役畜投入、劳动力投入和机械投入；中部地区农业生态效率损失的主要影响因素依次为役畜投入、土地投入和劳动力投入；西部地区农业生态效率损失的主要影响因素依次为役畜投入、劳动力投入和土地投入。对比可以发现：东部地区的机械投入对该地区农业生态效率损失的影响较大，这可能与东部地区经济发展水平较高，机械投入过多有关。近年来，随着农机购置补贴等农业机械补贴政策的实施，在充足的资金实力下，东部地区的机械拥有量逐年攀升，从而造成机械的过量投入和利用效率的损失。通过分析农业生态效率损失的原因，可以清楚地了解各区域农业生态效率损失的主要影响因素，从而为农业生态效率的改善途径制定有针对性的政策。

3.2 农业生态效率的改善途径

从表2中可以发现，中国农业生态效率改善的潜力主要表现为资源消耗和农业面源污染两个方面。

3.2.1 从资源消耗看，各省市农业生态效率有不同的要素改善方面与潜力

(1)化肥投入 化肥是农业生产的基本投入，然而过多的化肥投入也会导致农业发展的效率损失。宁夏、陕西、山西、湖北、安徽等省市具有较高的化肥改善潜力，甘肃、广西、云南、贵州、吉林的化肥投入也有一定的改善空间，降低化肥投入或提高化肥利用率对这些地区农业生态效率的改善非常关键；

(2)役畜投入 几乎所有省份的役畜投入冗余率都很高，形成较高的改善潜力。宁夏、青海、内蒙古等省份的役畜投入冗余率较高。这些地区属于我国重要的畜牧养殖主产区，役畜投入高度集中，从而出现役畜冗余现象。因此减少役畜投入、提高役畜利用率是这些地区农业生态效率提高的重要途径；

(3)劳动力投入 劳动力投入冗余率较高的省份主要分布在贵州、云南、青海、甘肃、陕西等西部地区。这些地区属于我国的欠发达地区，农村劳动力转移速度较慢，农业从业人员较多，从而出现劳动力投入过剩现象；

(4)机械投入 机械是农业生产基本的资源投入，然而过多的机械投入是重要的资源浪费形式。山西、宁夏、青海、河北、甘肃、内蒙古等省市的机械投入冗余率较高，形成较大的改善潜力；

(5)土地投入 土地是农业发展的基本支撑，黑龙江、宁夏、陕西、贵州、内蒙古、甘肃等中西部省份在土地投入上的改善潜力较大。这些地区土地经营规模较小、土地市场化程度较低，从而导致土地利用效率不高，出现土地投入过剩现象；

(6)水资源投入 水资源是农业发展的基础资源，目前我国各地区的水资源都存在一定的冗余，尤其以宁夏、新疆、青海、甘肃、内蒙古、黑龙江等省份的水资源过量投入表现较为突出，提高水资源利用效率、发展节水型农业技术是这些地区农业生态效率改善的重要途径。

3.2.2 农业面源污染物是农业生产过程的主要污染物，对农业生态效率有重要影响

河南、山东、湖南、四川等省份有很高的农业面源污染减排空间，湖北、安徽、山西、河北、黑龙江等地区的农业面源污染改善潜力也很高。这些省份基本上都属于我国传统意义上的农业大省，为满足不断扩大的人口需求，近年来这些省份的农业产业化程度和集约化程度不断提高，畜禽养殖业发展迅速，从而导致农业面源污染物排放量逐年增加，出现农业面源污染排放冗余的现象，尤其以人口第一大省河南、农业产业化大省山东和粮食主产大省湖南的农业面源污染物过量排放最为典型。因此，降低这些地区的农业面源污染物排放量是提高其农业生态效率的关键。

4 结论

生态效率是考量经济与资源环境协调发展的重要指标。本文在对传统DEA模型进行修正的基础上，采用非径向、非角度的SBM模型对中国1998—2009年30个省份的农业生态效率进行了测算，并给出了基于投入改变与基于产出改变的农业生态效率改善途径。

(1)1998—2009年中国农业生态效率虽然呈现逐步上升的趋势，但整体水平较低，30个省市中只有北京、上海、海南、重庆4个地区的农业生态效率处于有效状态，在农业发展的同时有效地兼顾了资源和环境的保护，其余省市的农业生态效率都处于非有效状态，需要改变投入和产出来优化生态效率。

(2)从投入产出冗余分析来看，目前中国农业生态效率损失的原因并不在于农业产出不足，而在于资源消耗过多和环境污染物排放过多。提高资源利用效率、降低资源消耗量和环境污染物排放量是农业生态效率改善的主要途径。

总之，从本文的实证研究可以发现，中国农业部门尤其是中西部地区农业部门的生态效率较低，这一方面说明中国面临着农业经济发展和资源环境保护的艰巨任务，另一方面也表明我国农业发展还存在较大的资源节约和环境保护空间，我国实行资源节约型和环境友好型的“两型农业”的潜力较大。因此，未来农业发展应从可持续发展理念出发，注重资源的保护和污染物排放量的控制，实现资源节约、环境保护和农业经济增长的三者统筹协调发展，避免因为资源的过度消耗及污染物的过量排放而导致农业经济发展缓慢。

应指出的是，SBM模型仅为农业生态效率的改善提供了基本方向。事实上，农业生态效率损失是多方面因素共同作用的结果，进一步对农业生态效率损失的影响因素进行计量分析，将有助于提出更加完备的农业生态效率改善政策建议，这是未来的重要研究方向。

[1]Rao J,Xu Y Y,Ji R T.Status,forming mechanism and control method of agricultural non-point source pollution in China.Issues in Agricultural Economy,2011(8): 81-87.

[2]Willard B.The sustainability advantages: seven business case benefits of a triple bottom line.Gabriola Island: New Society Publishers,2002.

[3]Verfaillie H A,Bidwell R,Cowe R.Measuring eco-efficiency: a guide to reporting company performance.World Business Council for Sustainable Development,2000.

[4]Wu X Q,Xu Y C,Lu G F.The evaluation of agricultural eco-eff iciency: a case of rice pot-experiment.Acta Ecologica Sinica,2009,29(5): 2481-2488.

[5]Fernández-Viné M B,Gómez-Navarro T,Capuz-Rizo S F.Eco-efficiency in the SMEs of Venezuela.Current status and future perspectives.Journal of Cleaner Production,2010,18(8): 736-746.

[6]Hahn T,Figge F,Liesen A,Barkemeyer R.Opportunity cost based analysis of corporate eco-efficiency: a methodology and its application to the CO2-efficiency of German companies.Journal of Environmental Management,2010,91(10): 1997-2007.

[7]Van Middelaar C E,Berentsen P,Dolman M A,De Boer I.Eco-efficiency in the production chain of Dutch semi-hard cheese.Livestock Science,2011,139(1): 91-99.

[8]Yang W,Jin F,Wang C,Lv C.Industrial eco-efficiency and its spatial-temporal differentiation in China.Frontiers of Environmental Science &Engineering,2012,6(3): 1-10.

[9]Zhang B,Huang H P,Bi J.Regional eco-efficiency analysis based on material flow analysis and data envelopment analysis: case study of Jiangsu Province.Acta Ecologica Sinica,2009,29(5): 2474-2480.

[10]Han R L,Tong L J,Song Y N.Analysis of circular economy of Liaoning Province based on eco-efficiency.Acta Ecologica Sinica,2011,31(16): 4732-4740.

[11]Yin K,Wang R S,Zhou C B,Liang J.Review of the accounting method and its applications of the domestic and international eco-efficiency.Acta Ecologica Sinica,2012,32(11): 3595-3605.

[12]Tone K.A slacks-based measure of efficiency in data envelopment analysis.European Journal of Operational Research,2001,130(3): 498-509.

[13]Charnes A,Cooper W W,Rhodes E.Measuring the efficiency of decision making units.European Journal of Operational Research,1978,2(6): 429-444.

[14]Cooper W W,Seiford L M,Tone K.Data Envelopment Analysis.Boston: Kluwer Academic Publishers,Second Edition.2007.

[15]Ying R Y,Pan D.Agricultural total factor productivity in China: a meta-regression analysis.Journal of Agrotechnical Economics,2012(3): 47-52.

[16]Chung Y H,Färe R,Grosskopf S.Productivity and undesirable outputs: a directional distance function approach.Journal of Environmental Management,1997,51(3): 229-240.

[17]Chen M P,Chen J N,Lai S Y.Inventory analysis and spatial distribution of Chinese agricultural and rural pollution.China Environmental Science,2007,26(6): 751-755.

[18]Liang L T.Study on the evolution temporal and spatial of rural ecological environment.Nanjing:Nanjing Agricultural University,2009.

[19]Li G C,Feng Z C,Fan L X.Is the small sized rural household more efficient?the empirical evidence from Hubei province.China Economic Quarterly,2009,9(1): 95-124

[20]Chen Z,Huffman W E,Rozelle S.Inverse relationship between productivity and farm size: the case of China.Contemporary Economic Policy,2011,29(4): 580-592.

参考文献：

[1]饶静,许翔宇,纪晓婷.我国农业面源污染现状、发生机制和对策研究.农业经济问题,2011(8): 81-87.

[4]吴小庆,徐阳春,陆根法.农业生态效率评价——以盆栽水稻实验为例.生态学报,2009,29(5): 2481-2488.

[9]张炳,黄和平,毕军.基于物质流分析和数据包络分析的区域生态效率评价——以江苏省为例.生态学报,2009,29(5): 2473-2480.

[10]韩瑞玲,佟连军,宋亚楠.基于生态效率的辽宁省循环经济分析.生态学报,2011,31(16): 4732-4740.

[11]尹科,王如松,姚亮,梁菁.国内外生态效率核算方法及其应用研究述评.生态学报,2012,32(11): 3595-3605.

[15]应瑞瑶,潘丹.中国农业全要素生产率测算结果的差异性研究——基于Meta回归分析方法.农业技术经济,2012(3): 47-52

[17]陈敏鹏,陈吉宁,赖斯芸.中国农业和农村污染的清单分析与空间特征识别.中国环境科学,2007,26(6): 751-755.

[18]梁流涛.农村生态环境时空特征及其演变规律研究[D].南京:南京农业大学,2009.

[19]李谷成,冯中朝,范丽霞.小农户真的更加具有效率吗?来自湖北省的经验证据.经济学,2009,9(1): 95-124.