湖南省生猪规模养殖环境效率及其比较分析——基于SE-SBM模型及2004—2014年的数据

杜红梅，王明春，胡梅梅

(湖南农业大学 a.商学院；b.理学院，湖南 长沙 410128)

湖南省生猪规模养殖环境效率及其比较分析
——基于SE-SBM模型及2004—2014年的数据

杜红梅a，王明春b，胡梅梅a

(湖南农业大学 a.商学院；b.理学院，湖南 长沙 410128)

将养殖排放的COD、TN、TP污染因子作为非期望产出，构建生猪养殖业环境效率评价指标体系，利用全国及湖南生猪养殖的成本收益资料和排污系数普查数据，采用基于非期望产出的非径向、非角度SE-SBM模型，对2004-2014年湖南和全国大中小三类规模养殖的环境效率进行比较，结果表明：湖南大、中、小规模生猪养殖的环境效率总体上高于全国平均水平，但仍存在投入冗余和产出不足问题，尤其是精饲料、仔猪、医疗防疫费这3项投入冗余严重，化学需氧量排放、总氮排放量2项严重削减不足，均大幅度高出全国平均水平。这应成为湖南生猪规模养殖及环境效率改进的重要方向。其关键着力点是创新“两型”养殖技术与管理、扎实推进粪污资源化、能源化工程。

生猪规模养殖；环境效率； SE-SBM模型；湖南

一、问题的提出

湖南是中国生猪养殖大省，其猪肉产量居全国第二位，人均生猪出栏量及对外销量更是连续16年位居全国第一位，为保障中国猪肉有效供给做出了重要贡献。同时，生猪养殖业也是拉动湖南农村经济增长、促进农民増收、延伸农业产业链的重要一翼。环境效率也称之为生态效率，译自英文的Eco-Efficiency，是“生态”和“效率”两词的组合，意味着应该兼顾环境和经济两方面的效率，从而促进经营组织、区域或国家的可持续发展。世界可持续发展工商理事会（WBCSD）将环境效率定义为：环境效率必须提供有价格竞争优势、满足人类需求和保证生活质量的产品或服务，同时能逐步降低产品或服务生命周期中的生态影响和资源的消耗强度，其降低程度与估算的地球承载力相一致。其核心思想就是以较少资源投入和较低污染排放创造较高经济产出，强调经济效益和环境效益的统一。

生产效率评估有多种方法，由于受到研究方法的局限，传统的效率评估均没有考虑环境成本，随着环境问题越来越严重，国外学者Chung等[1]最早把环境成本纳入生产效率分析框架，随后很多学者采用这一方法以不同研究样本进行实证。国内很多学者借鉴国外研究成果，在研究生猪生产效率的过程中考虑环境因素，即研究环境约束下的生猪养殖效率，如张晓恒等[2]首先采用随机前沿生产函数计算个体的技术效率，然后采用Kopp提出的非径向的概念(Nonradial Notion)计算生猪养殖的环境效率。吴学兵等[3]运用方向性距离函数，构建ML生产率指数，在考虑环境约束的条件下，对中国大规模猪场的生产率进行实证分析。王德鑫等[4]采用基于方向性距离函数的 ML 生产率指数法，将规模化生猪的“ 非期望”产出纳入生产效率研究框架，对2006—2013年环境规制下中国规模化生猪的生产效率进行实证分析。郑微微等[5]借助江苏省调研数据，根据绿色创新思想，将碳排放量纳入生产效率模型，采用不变规模报酬的 DEA 模型，以产出最大化原则对生猪养殖的绿色生产效率进行估算。上述研究具有一定开创性，但仍可在以下方面继续完善：一是考虑到中国耕地过量施用化肥导致的氮、磷过剩这一现实，应该将养殖粪便排放产生的TN、TP因子考虑进来；二是在方法上，如果存在投入或者产出的非零松弛(Slack)时，径向的DEA会高估评价对象的效率，使得结果不准确；而且角度的DEA需要选择基于投入导向或者是基于产出导向来计算效率值，不能同时考虑投入、产出两个方面，使得效率值失真。虽然非径向、非角度的SBM(Slack-based Measure，SBM)模型可以避免径向和角度选择差异带来的偏差和影响，比其他模型更能体现效率评价本质，但也存在对同属生产前沿面的评价决策单元不能进行有效区分的问题。为此，笔者拟以SBM模型和SE-DEA模型为基本框架，将规模养殖排放的COD、TN、TP污染因子作为非期望产出，通过构建生猪养殖业环境效率评价指标体系，实现对2004—2014年湖南与全国生猪规模养殖环境效率的综合度量和比较，指出湖南规模养殖环境效率改进的具体方向，科学指导生猪规模化发展，完善生猪产业支持政策，最终为提高生猪养殖环境效率提供决策参考。

二、模型构建与数据来源

1．模型构建

Tone[6]提出了以松弛变量测度(Slacks-Based Measure，SBM)为基础的 DEA效率分析法，SBM模型以优化其松弛变量为目标函数，通过非射线方式，同时考虑投入项与产出项的差额来估计效率值，SBM 模型可以直接处理决策单元的投入过剩与产出不足的问题，是一种非径向、非角度的DEA模型，其模型如(1)式所示，其中表示投入、产出的松弛量，λ是权重向量，δ为目标函数，ijX为第j个DMU的i项投入，rjY为j个DMU的r项产出，为解决多个DMU之SBM效率值同时为1的问题，Tone[7]提出以修正松弛变量为基础的超效率DEA模型，即Super-SBM模型，可对SBM的有效单元继续进行评价与排序，黄建欢等[8]对该模型进行改进并加入了非期望产出项，在可变规模报酬下(VRS)包含非期望产出的超效率模型如(2)式所示：分别为投入、期望产出、非期望产出松弛量，ε为一个很小的数，为了防止分母为0。

2．数据来源

本研究以2004—2014年为观察期，以全国17个生猪优势产区相关指标数据的平均值代表全国水平。选取5类投入指标，分别是仔猪重量、精饲料重量、每日核算用工数量、水及燃料动力费、医疗防疫费。

成本数据来自2005—2015年的《全国农产品成本收益资料汇编》(以下简称《资料汇编》)，其中水及燃料动力费为水费和燃料动力费之和，由于水及燃料动力费和医疗防疫费采用当年价格水平计算，因此，根据2005—2015年《中国统计年鉴》中的农业生产资料价格指数对水及燃料动力费和医疗防疫费两项投入以2003年为基期进行平减，消除价格变动的影响，对于缺失的数据采取插值法补齐。

产出指标分为“期望”产出和“非期望”产出两大类。 “期望”产出为各省主产品的净产量，即生猪出栏重量减去仔猪重量。“非期望”产出即每头生猪污染物的排放量。生猪污染排放量的计算公式如下：

生猪污染排放量/头=平均饲养天数×排污系数×(实际体重/参考体重)

平均饲养天数和实际体重均来自《资料汇编》，其中：,gb

YY为期望产出和非期望产出，排污系数和参考体重来自于第一次全国污染源普查领导小组办公室发布的《第一次全国污染源普查——畜禽养殖业源产排污系数手册》(以下简称《排污系数手册》)。该手册给出的系数是不同区域、不同饲养阶段、不同养殖规模，并在一定的参考体重下的排污系数。由该手册可知，生猪排放的污染物主要是化学需氧量(COD)及总氮(TN)和总磷(TP)，由生猪粪便和尿液转化而成。由于猪场清粪方式的不同，干清粪和水冲粪方式导致的化学需氧量(COD)及总氮(TN)和总磷(TP)排放量也不同[9]。根据祝其丽[10]的调查，规模猪场使用的干清粪和水冲粪方式比例为4:1，吴学兵等[3]将各省规模养殖场干清粪和水冲粪两种方式分别赋予80%和20%的权重。然而实际情况是，由于各地养殖习惯、水和劳动力等资源禀赋差异和经济发展水平的不平衡性，各地规模养殖场采用干清粪和水冲粪方式比例都有所不同，因此统一用80%和20%的权重是不合理的。表1是笔者于2011—2014年对生猪主产区粪污处理方式抽样调查所整理出的结果，依据这一结果设定各主产地的干清粪及水冲粪比例，再根据计算公式得到每头生猪的COD、TN、TP排放量。

表1 各省规模养殖场干清粪及水冲粪比例

对于生猪养殖规模的界定，《资料汇编》和《排污系数手册》存在差异。《资料汇编》中统计了四种规模类型的生猪养殖状况，分别为：农户散养(年出栏30头以下)、小规模(年出栏30~100头)、中规模(年出栏100~1000头)和大规模(年出栏1000头以上)。而《排污系数手册》中仅有三种规模，本研究根据两份资料对规模的定义，将养殖专业户(养殖规模在50头以上)对应小规模(年出栏30~100头)，将规模化养殖场(养殖规模在500头以上)对应中规模(年出栏100~1 000头)，将养殖小区(排污手册中没有具体的规模定义)对应大规模(年出栏1 000头以上)，主要考察不同地区这三种规模化养殖的环境效率。没有将农户散养纳入研究范围，是出于以下考虑：农户散养过程中产生的粪便污染物不一定是“非期望”产出，相反，农户会将其作为宝贵的农作物生产资料；2004—2014年考察期内，农户散养的数据缺失较为严重；《排污系数手册》并没有散养方式的排放系数。

三、研究结果与分析

可变规模的超效率SBM模型是一个非线性规划的问题，利用Matlab软件编程计算可以得到湖南和全国17个生猪主产区2004—2014年的分规模的养殖环境效率（表2）。将环境效率水平划分为4个层级，即1.75～1.98为第一层级，1.50～1.74为第二层级，1.25～1.49为第三层级，1～1.24为第四层级。

表2 湖南和全国生猪规模养殖的环境效率比较

1．小规模环境效率

(1)湖南小规模生产的环境效率。图1是2004—2014年湖南、全国的小规模养殖环境效率变动趋势曲线图。可以发现：湖南小规模养殖整体的环境效率要高于全国平均水平；环境效率没有任何年份达到最高层级水平(1.75~1.98)；除2007年与全国变化相反外，其余年份基本保持与全国同步变化态势；环境效率在全国的位次有所上升，2014年相对2004年小规模养殖上升了6位。

(2)全国小规模养殖的环境效率。从全国看，这11年中，环境效率呈现震荡波动的特征，波动区间在1.10～1.18之间。环境效率值最高的年份是2004年达到1.1761，与环境效率最低的2011年1.1012只相差0.0749。2004—2005年、2006—2007年、2009—2011年均处于环境效率值下降期。2005—2006年、2007—2009年及2011—2014年，环境效率值处于上升阶段。小规模环境效率呈现周期性的波动变化特征，究其原因是生猪年出栏量在30～100头之间的小规模养殖户(场)对粪污的环境影响重视程度不及中规模和大规模养殖户(场)，同时对环境的重视偏好随着猪肉价格的变化呈现同向变化，即猪肉价格升高或者对猪肉的品质有更高要求时，小规模生猪养殖户对生猪养殖粪污处理更重视；当猪肉价格下降时，小规模生猪养殖户出于效益最大化和降低粪污处理机会成本的考虑，不愿意花费时间成本处理生猪粪便尿液。因此，导致小规模养殖的环境效率呈现显著的周期性波动特征。

图1 小规模生猪养殖环境效率变动趋势

2．中规模环境效率

(1)湖南中规模生产的环境效率。图2是2004—2014年湖南、全国的中规模生猪生产环境效率变动趋势曲线图，可以发现：湖南整体的环境效率要高于全国；环境效率值变化幅度要比全国平均水平变化幅度大，2004年环境效率达到最高层级水平为3.550 7，个别年份效率值有急剧变化(由2004年的3.55降至2005年的1.364 8)；除2005—2006年、2007—2008年、2011—2012与全国变化趋势相反外，其他年份保持与全国变化同步；环境效率在全国的位次有所下降，2014年相对2004年中规模养殖效率位次由全国第一位退至第五位，后退了4位。

(2)全国中规模养殖的环境效率。中国2004—2014年这11年中，中规模环境效率整体呈现先下降后上升的变化特征，2004—2010年呈现波动下降，且下降幅度较为明显，2004年中规模的环境效率是1.396 8，与2010年的1.130 0相比，下降了0.266 8；2010—2014年持续上升，但上升幅度不很明显，2014年环境效率值为1.196 3，相较于2010年的1.130 0只上升了0.066 3。2004—2010年的下降幅度是2010—2014年上升幅度的近4倍。中规模养殖的环境效率呈现出较大幅度下降后平稳回升的态势。究其原因是中规模养殖户与小规模相比，对市场变化做出降本増效策略调整的灵活度要低，或者说，猪肉的价格反映到生猪养殖的环境效率上存在滞后性，因此中规模环境效率变化趋势不同于小规模呈现鲜明的周期性波动特征，再者，影响中规模养殖环境效率的因素也不限于猪肉价格，还涉及国家政策、养殖者技术、劳动力素质等诸多因素影响。

图2 中规模生猪养殖环境效率变动趋势

3．大规模环境效率

(1)湖南大规模养殖的环境效率。图3是2004—2014年湖南、全国的大规模生猪生产环境效率变动趋势曲线图，可以发现：湖南整体的环境效率要高于全国；2004、2005、2007年的3个年份环境效率达到最高层级水平，分别为1.952 7、1.869 5、1.894 1；除个别年份效率值与全国变化相反(湖南由2005年的1.869 5降至2006年的1.529 5，全国由2005年的1.185 9上升至2006年的1.247 6)，其他年份基本保持与全国同步变化态势；环境效率在全国的位次有所下降，2014年相对2004年大规模养殖效率位次由全国第一位退至第四位，后退了3位。

(2)全国大规模养殖的环境效率。从图3可以发现，11年中，大规模养殖的环境效率值总体呈现先上升后平稳下降的变化特征。2004—2007年，除2004—2005年有小幅度下降外，整体呈现快速上升的趋势，与2005年的1.185 9相比，2007年的大规模养殖的环境效率值上升了0.123 5，上升幅度较为明显；2007—2014年，大规模养殖的环境效率开始呈现波动下降的趋势，与2007年的1.309 4相比，2014年大规模养殖的环境效率只下降了0.066 5，变化幅度不明显，且2008—2014年间，环境效率值基本稳定在1.24～1.28之间，呈现平滑下降的趋势。大规模养殖的环境效率之所以呈现这样的变化趋势，是因为大规模养殖场(户)已形成相当规模，有的地区甚至形成了养殖专业小区或者养殖专业县，在这样的情况下，为了提升猪肉品质和猪肉价格，大规模养殖场(户)更加注重环保投入，提高环境绩效。虽然2004—2006年间，大规模养殖环境效率有波动，但2006—2014年间，环境效率值一直稳定在1.24以上。相比较小规模(1.031 1)和中规模(1.210 9)，大规模生猪养殖的环境效率处于更高水平(1.254 2)。

图3 大规模生猪养殖环境效率变动趋势

从整体上来说，不论是湖南还是全国大规模生猪养殖的环境效率都高于中规模环境效率，中规模环境效率高于小规模环境效率。湖南更加适合发展中、大规模生猪养殖。

4．基于SE-SBM的松弛变量分析

SBM模型的重要特点就是能够根据松弛变量判断投入、产出变量对综合效率的影响，并为所有变量指出改进空间。在此基于非期望产出的SE-SBM 模型，针对2004—2014 年湖南和全国生猪规模养殖环境效率所对应的投入、产出松弛变量进行分析。由表3可知，湖南和全国大、中、小规模有效决策单元均属于弱DEA 有效，即松弛变量不全为 0，存在投入冗余或产出不足问题；投入要素方面，除小、大规模模式下的医疗防疫费以及大规模下的精饲料重量松弛量低于全国平均水平外，三种模式下的其他投入要素松弛量都高于全国平均水平；非期望产出中，除小、中规模的化学需氧量排放量、中规模下的总磷排放量松弛量低于全国平均水平外，三种模式下的非期望产出松弛量都高于全国平均水平；三种模式下的期望产出松弛量都为零。小规模下的精饲料重量、总氮排放量，中规模下的精饲料重量、水及燃料动力费，大规模下的用工数量、仔猪重量、水及燃料动力费、化学需氧量排放、总氮排放量这些松弛量比全国平均水平要高出很多，这是今后湖南规模养殖环境效率提升的重点方向。

表3 2004—2014年湖南与全国规模养殖环境效率松弛变量结果

四、结论与政策建议

本研究基于《第一次全国污染源普查——畜禽养殖业源产排污系数手册》、2005—2015年的《全国农产品成本收益资料汇编》17个生猪主产省2004—2014年规模养殖的相关数据，采用考虑非期望产出的非径向、非角度SE-SBM模型，对湖南和全国不同规模养殖的环境效率、投入与产出松弛变量进行比较，主要结论和政策建议是：湖南生猪大、中、小规模养殖的环境效率总体上高于全国平均水平，中、大规模养殖环境效率优势尤为突出，所以更加适合发展中、大规模生猪养殖；同时还存在投入冗余和产出不足问题，尤其是精饲料、仔猪、医疗防疫费这3项投入冗余严重，化学需氧量排放、总氮排放量2项严重削减不足，均大幅度高出全国平均水平，这也成为湖南环境效率提升的主攻方向，强化对养殖经营主体的环境责任教育，完善与稳定促进养殖主体“两型”养殖行为的激励政策，创新“两型”养殖技术与管理，扎实推进粪污资源化、能源化工程是湖南生猪规模养殖可持续发展的关键着力点。

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

[2] 张晓恒，周应恒，张蓬．中国生猪养殖的环境效率估算——以粪便中氮盈余为例[J]．农业技术经济，2015(5)：92-101．

[3] 吴学兵，乔娟，李谷成．环境约束下的中国规模猪场生产率增长与分解研究[J]．统计与决策，2013，392(20)：118-120．

[4] 王德鑫，郑炎成，李谷成，等．环境规制条件下我国规模化生猪生产效率的测度与分析——兼论生猪养殖的适度规模经营[J]．农业现代化研究，2015，36(5)：818-825．

[5] 郑微微，胡浩，周力．基于碳排放约束的生猪养殖业生产效率研究[J]．南京农业大学学报(社会科学版)，2013，13(2)：60-67．

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

[7] Tone K．A slacks-based measure of super-efficiency in data envelopment analysis[J]．European Journal of Operational Research，2002，143(1)：32-41．

[8] Huang Jianhuan，Yang Xiaoguang，Cheng Gang，et al．A comprehensive eco-effciency model and dynamics of regionaleco-effciency in China[J]. Journal of Cleaner Production，2014，67：228-238．

[9] 吴根义，廖新俤，贺德春，等．我国畜禽养殖污染防治现状及对策[J]．农业环境科学学报，2014，33(7)：1261-1264．

[10] 祝其丽．猪场清粪方式调查与沼气工程适用性分析[J]．中国沼气，2011(1)：27-28．

责任编辑：曾凡盛

Environmental efficiency and its comparison analysis of hog scale cultivation of Hunan province: Based on SE-SBM model and data from 2004 to 2014

DU Hongmeia, WANG Mingchunb, HU Meimeia

(a. College of Business; b. College of Science, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China)

Taking the COD, TN and TP (Pollution Factor)originated from cultivation as undesirable output, constructing environmental efficiency evaluation system of hog cultivation and utilizing the cost benefit information and census data of polluting discharge coefficient, adopting the perspective and non-oriented SE-SBM model, this paper compares the environmental efficiency of three categories(large, medium, small) hog cultivation in Hunan province and China from 2004 to 2014, the result reviews that: The overall environmental efficiency of hog cultivation of Hunan province is higher than the average level of China, however, there exists the problem of shortage of input redundancies and output insufficiency, especially the input of three items of fodder, piglet and health and epidemic prevention cost is too much and the cut of chemical oxygen demand emission and total nitrogen emission is insufficient, which is much higher than the average level of our country. This should be the significant improving direction of hog scale cultivation and environmental efficiency. The key point should be to innovate the resource-economical and environment-friendly cultivation technology and management, boost the feces resource utilization and energy utilization.

hog scale cultivation; environmental efficiency; SE-SBM model; Hunan

F316.3

A

1009-2013(2017)01-0036-06

10.13331/j.cnki.jhau(ss).2017.01.006

2016－12－25

湖南省自然科学基金(2016JJ4041)；湖南省涉农企业发展研究中心项目(920390100027)；湖南农业大学人才基金项目(15RCPT03)

杜红梅(1965—)，女，湖南长沙人，教授，博士生导师，主要研究方向为农业生态经济、贸易与环境。