基于DEA方法的中国沿海地区环境效率分析

黄玮晛，郑奕

（上海海洋大学 上海 201306）

基于DEA方法的中国沿海地区环境效率分析

黄玮晛，郑奕

（上海海洋大学 上海 201306）

文章根据2007—2013年的面板数据，基于DEA方法分析中国沿海地区的环境效率水平和规模效率，结果表明，2007—2013年我国沿海地区环境效率处于全国领先水平，但与理想状况之间仍有一定差距，存在改进空间。基于研究结果，提出调整产业结构、提高科技含量、加强规模聚集效应、控制工业废弃物排放量等建议。

环境效率；海洋经济；区域经济；可持续发展

1　引言

近年来，随着我国沿海地区工业化进程的不断推进和海洋经济的快速发展，海洋水体污染、生态受损等环境问题日益严重。既促进沿海地区经济发展，又保护沿海地区生态环境的发展途径，是实现沿海经济可持续发展的重要保障，而这就需要提高沿海地区环境效率。目前国内外对于环境效率的研究文献很多，其中运用数据包络分析（Data Envelopment Analysis，DEA）理论评价地区环境效率的方法得到日益广泛的关注。

1957年法国著名经济学家Farrell在《生产效率衡量》中第一次提出DEA雏形［1］；1978年Charnes、Cooper和Rhode提出第一个DEA模型——基于规模报酬不变的CCR模型，将Farrell提出的单投入单产出的DEA雏形扩展为多投入多产出的DEA基本型［2］；随后Banker、Charnes和Cooper又提出考虑规模报酬可变的DEA模型的另一个基本形态——BCC模型［3］。DEA模型无需主观设定权重大小，也无需提前设定生产函数，并且可以同时测算多个同类型的决策单位的效率［4］。

目前国内外对于环境效率的研究文献很多，但研究沿海地区环境效率的比较少见。本文结合我国沿海地区实际，首先运用DEA-CCR模型探讨规模报酬不变前提下的环境综合技术效率，然后基于DEA-BCC模型探索规模报酬可变前提下的环境纯技术效率，再根据二者之间的差异分析沿海地区规模效率，即该规模效率意味着衡量规模报酬不变的生产前沿与规模报酬可变的生产前沿之间的差异。本文基于DEA方法揭示沿海各地区之间存在的效率差异，为提高我国沿海地区环境效率提供参考，其中沿海地区是指我国有海岸线的地区［4］，包括天津、河北、辽宁、山东、上海、江苏、浙江、福建、广东、广西和海南等11个省级行政单位。

2　模型与方法

2.1规模报酬不变的CCR模型

CCR模型是将多投入、多产出的效率评价模型转化为线性规划方程组，以此解出最优解即有效值，从而测算出规模报酬不变时决策单元的相对效率。

假设有n个决策单位（decision making units，DMUs），设xij为第j个决策单元的第i种投入（xij≥0），总共有m种投入；设ykj为第j个决策单元的第k种产出（ykj≥0），总共有s种产出。n个决策单位的投入组合形成矩阵X（T），产出组合形成矩阵Y（T），其中：

X（T）=（x1，x2，x3，…，xn）T，

Y（T）=（y1，y2，y3，…，yn）T

对第j个决策单位进行分析，引入松弛变量s（s可分为s+和s-），建立对偶规划模型：

在式（1）中，当ρ*=1且s=0时，第j个决策单元为DEA有效单位；当ρ*＜1时，第j个决策单元为DEA无效单位。

当规模报酬不变时，运用投入导向的DEACCR模型测算得出的是综合技术效率（technical efficiency，TE），意味着在当前给定情况下每个决策单位为维持当前产出的最小投入。如果ρ*=1，代表该决策单位处于有效生产前沿面，当前状态有效，该DMU以有效率的方式生产；如果ρ*＜1，该DMU偏离有效生产前沿面，可以通过调整投入比例、减少相关投入来进行优化，此时存在无效率，即技术效率的损失。

2.2规模报酬可变的BCC模型与规模效率

在CCR模型中加入规模报酬可变的约束变量构造BCC模型，其给出目标DMU的纯技术效率值。BCC模型为：

且 SE=TE/PTE（3）

式中：TE代表CCR模型测算出的环境综合技术效率，PTE代表BCC模型测算出的环境纯技术效率（pure technical efficiency，PTE），意味着在规模报酬可变前提下决策单位为维持当前产出的最小投入；综合技术效率可分解为规模效率和纯技术效率，其中规模效率（scale efficiency，SE）意味着衡量规模报酬不变的生产前沿与规模报酬可变的生产前沿之间的差距。最佳规模效率意味着DMU处于平均成本曲线最低点时的生产规模，当SE=1时，表示该决策单位处于最佳规模效率状态；当SE＜1时，表示规模无效率；规模效率存在两种情况，分别为规模效率递增和规模效率递减。

2.3指标选取和数据来源

本文以全国31个省级行政单位为决策单位（DMU），用2007—2013年的面板数据作为样本；选取各地区电力消费量、全社会资本投资和年末就业人员数量作为投入变量，选取GDP作为期望产出指标，选取各地区化学需氧量排放量（COD）和二氧化硫排放量（SO2）作为非期望产出指标。

本文使用的数据均来源于相关年份《中国统计年鉴》《中国环境统计年鉴》和《中国海洋统计年鉴》。

3　实证结果与分析

3.1基于CCR模型的沿海地区环境效率

在实证分析过程中，环境效率的内涵是产出不变、投入最小，因此选用投入导向型模型，用DEA solver Pro9.0软件进行计算。具体过程为：运用投入导向型的CCR模型计算出2007—2013年全国范围内31个省级行政单位的综合技术效率，从中选择沿海11个省级行政单位的计算结果（表1），以便进行下一步的具体分析。

表1　基于DEA-CCR模型的2007—2013年沿海11省（直辖市、自治区）环境效率

经过计算，沿海地区平均环境效率值为0.873，高于全国平均环境效率值0.787，沿海地区环境效率在全国处于领先水平。相较于全国整体而言，沿海地区经济较为发达，经济对环境的影响较大且依赖性较强，环境保护工作也开展得较早，已取得一定成效。其结果表明经济基础和环境效率之间存在联系。

在沿海地区中，天津、上海、江苏、广东常年环境效率值为1、为DEA有效单位，其余地区为DEA无效单位，因此沿海地区环境效率仍有改善的余地。

沿海地区环境无效率单位中，河北、辽宁、山东、广西均为资源型，其中河北、辽宁、山东煤炭资源丰富，而广西森林资源丰富。可见，提升沿海地区环境效率水平的重点之一为改善资源型地区经济结构。

浙江和福建也属环境无效率单位，两地的环保投资额占省GDP比重常年维持在1%～2%［4］，环保投资水平一度低于全国平均水平，说明环保投资力度直接影响环境效率。

海南和广西经济起步较晚、发展较慢、经济基础比较薄弱，经济发展的重点均在于热带高效农业、旅游业和工业，这三者的发展对环境也造成一定破坏。如，海南热带高效农业需要毁林开荒、围湖造田等，容易造成水土流失、湿地数量锐减。因此，提高海南和广西环境效率的关键在于转变经济增长方式。

3.2规模报酬可变的BCC模型

DEA-BCC模型计算出的是某决策单元的纯技术效率，代表当前DMU除规模效率的相对效率水平，即价格机制、技术水平和管理水平不同所造成的非规模经济和要素可处置性的效率差距［5］。运用投入导向型的DEA-BCC模型计算出2007—2013年全国各省级行政单位的纯技术效率，将沿海地区挑选出来如表2所示。

表2　基于DEA-BCC模型的2007—2013年沿海11省（直辖市、自治区）环境效率

将表2与表1对比可知，无论规模报酬如何，沿海地区环境相对效率的总体情况是不变的，即沿海地区环境效率均值高于全国环境效率均值。天津、上海、江苏、广东常年环境效率值为1，为有效决策单位，其余地区环境效率值常年小于1，为无效决策单位，其中大部分为资源型地区。

3.3基于DEA方法的规模效率分析

通过综合技术效率和纯技术效率可得环境的规模效率，则利用前文运算，结果如表3所示。可知除常年环境效率值为1即位于有效生产前沿面的地区之外，其余地区的规模效率处于规模报酬递增状态，均存在改进余地。

表3　2007—2013年沿海11省（直辖市、自治区）规模效率

在资源型地区中，辽宁、山东和广西规模效率较低，可以通过提升其规模效率来提高环境效率，这与辽宁、山东和广西三地多为中小型煤矿企业和中小型木材厂的经济现状相符；河北的规模效率较辽宁、山东和广西三地有明显增强，说明除规模效率外，资源配置和技术等也是影响环境效率的重要因素［6］。福建和浙江的规模效率在沿海地区中处于中等位置，这与福建和浙江中小型企业较多、经济基础较雄厚的现状相符。

4　对策建议

本文根据我国31个省级行政单位2007—2013年的面板数据，基于DEA方法测度各地区环境效率和规模效率，并选择沿海地区作为重点进行分析。

基于分析结论，本文认为，在越接近生产前沿提升环境效率越困难的情况下，沿海地区经济发展应重点加强科学技术在提高生产力水平上的作用，积极转变经济增长方式，使经济增长由高耗能高排放的粗放型向高利用低污染的集约型转变，加强规模聚集效应，提高环保力度。

从经济基础角度看，根据实证分析结果可知，经济基础和环境效率之间存在一定联系，且增强规模效率有利于提高环境效率。沿海地区作为经济较为发达地区，环境效率也处于全国领先水平；在沿海地区中，广西和海南经济基础较薄弱，其环境效率也较低。因此，要提高沿海地区环境效率，需要加强经济建设，加强规模聚集效应，在发展经济的同时兼顾环境保护，走可持续发展的道路［7］。

资源型地区环境效率相对较低，这些地区靠扩大资源投入来扩大规模，从而实现经济增长。对于沿海地区来说，资源型地区的经济与环境属重中之重，必须转变经济增长方式，提高资源质量，加强能源利用率，实现投入要素的优化配置，积极将经济增长方式由粗放型向集约型转变，同时调整产业结构，积极发展第三产业，以此提高环境效率。

提高科技水平一方面可以提高生产技术水平即提高投入利用率；另一方面也可以提高环保技术水平即降低环境污染。对于企业来说，在生产方面，买入高科技生产设备和引进高科技人才，有利于减少投入、提高期望产出量、降低成本、提高利润率；在环保方面，买入高科技环保设备可以有效减少排污量，更加方便、快捷、无污染地进行生产活动。因此，提高沿海地区环境效率必须加大科研投入、提高科技水平。

综上所述，提升沿海地区环境效率和提升区域经济一体化，其重点在于改善资源型地区的环境效率，其核心在于发挥上海、广东、江苏和天津作为沿海巨头的支持作用，深化改革，扩大开放，增强区域内合作交流，促进人才、科技、信息和金融资本的合理流动，调整产业布局，优化经济结构，完善基础设施建设，增加环保投资，提高资源利用率，严格控制废气废水排放量。

［1］孙莹.区域海洋经济可持续发展指标体系的构建及应用：以浙江省为例［J］.浙江学刊，2011（6）：167-170.

［2］陈关聚.中国制造业全要素能源效率及影响因素研究：基于面板数据的随机前沿分析［J］.中国软科学，2014（1）：180-192.

［3］范斐，孙才志，张耀光.环渤海经济圈沿海城市海洋经济效率的实证研究［J］.统计与决策，2011（6）：119-123.

［4］赵昕，郭恺莹.基于GRA-DEA混合模型的沿海地区海洋经济效率分析与评价［J］.海洋经济，2012，2（5）：4-10.

［5］周申蓓，莫卫，刘朋.基于三阶段DEA方法的我国海洋污染治理效率研究［J］.水利经济，2014，32（4）：11-15.

［6］王成金.工业经济发展的资源环境效率评价方法与实证：以广东和广西为例［J］.自然资源学报，2011，26（1）：98-109.

［7］詹浩勇.我国主要工业省市的环境-经济综合效率：基于SBM模型的实证研究［J］.绿色经济，2010（9）：42-46.

Analysis of Eco-Efficiency in Coastal Regions Based on DEA Model

HUANG Weixian，ZHENG Yi

（Shanghai Ocean University，Shanghai 201306，China）

According to the 2007—2013 panel data，the paper analyzed environmental efficiency level and scale efficiency of China's coastal regions based on the DEA method.The results showed that the eco-efficiency of coastal areas in China from 2007 to 2013 at the national leading level，but there was still certain gap between the ideal conditions.The paper suggested to adjust industrial structure，improve the technology content，strengthen the scale aggregation effect，and control the industrial waste emissions based on the results.

Eco-efficiency，Marine economy，Regional economies，Sustainable development

P7；F2

A

1005-9857（2016）09-0054-05

2016-04-11；

2016-07-22

黄玮晛，硕士研究生，研究方向为环境效率，电子信箱：1716306730@qq.com