基于数据包络分析（DEA）模型的牧业旗县三生空间结构绩效评价方法与实证

荣丽华 李伊彤 王彦开

摘要：草原牧業旗县三生空间结构迥异于农业发展地区，通过空间结构绩效评价，探求影响该类地区发展的主要因素，对提升牧区人居环境、加快经济发展具有重要意义。本文以内蒙古锡林郭勒盟镶黄旗2006—2017年三生空间为牧业旗县三生空间结构绩效评价研究对象，构建包含6个子目标层16项评价因子的绩效评价体系，通过熵权法加权计算子目标层评价分值，对子目标层得分采用CCR模型进行数据包络分析（DEA），发现有效DEA数目众多，无法进行排序，因此在CCR模型基础上采用超效率模型进行绩效值排序。通过评价得出结论：（1）牧业旗县三生空间绩效投入产出是政策与自然环境双重作用结果；（2）镶黄旗三生空间绩效呈现整体上升趋势，但2015年受到自然、政策因素影响，出现陡然降低的情况；（3）牧业旗县发展较为缓慢，有效DEA数目众多，需要进一步采用超效率模型进行绩效排序。

关键词：三生空间；空间结构绩效；数据包络分析；超效率模型；牧业旗县；镶黄旗

doi：10.3969/j.issn.1009-1483.2019.11.014 中图分类号：TU982

文章编号：1009-1483（2019）11-0089-07 文献标识码：A

DEA Model Based Ecological-Production-Living Space Performance Evaluation Method and Empirical Study in Animal Husbandry Area

Rong Lihua， Li Yitong， Wang Yankai

[Abstract] The spatial structure of ecological-production-living space in animal husbandry area is different from that in agricultural development area. Through the evaluation of spatial structure performance， it is of great significance to explore the main factors affecting the development in these areas in order to improve the living environment and accelerate economic development. The case of Xianghuang Banner， Xilingol League in 2006-2017 is used as the research object of the ecological-production-living space performance evaluation in the animal husbandry and county. This ecological-production-living spatial performance evaluation system constructs sixteen evaluation factors from six sub-target layers. The evaluation score of the sub-target layer was calculated by weighting the entropy weight. Using the CCR model for DEA analysis of the sub-target layer， it is found that the number of effective DEAs is too large to be sorted. Therefore， the CCR model based on the super-efficiency model is used for ranking performance values. The conclusion is drawn through the evaluation： （1） The input and output of ecological-production-living spatial performance in the animal husbandry and county are the results of the dual effects of policy and natural environment.（2） The performance of the ecological-production-living space in Xianghuang Banner， Xilingol League showed an overall upward trend， but in 2015 it decreased which was affected by natural and policy factors. （3） The development of ecological-production-living space in animal husbandry area is relatively slow， and the number of effective DEA is large. It is necessary to adopt the super-efficiency model for performance ranking in further study.

[Keywords] ecological-production-living space； spatial performance； DEA； super efficiency model； animal husbandry area； Xianghuang Banner

引言

空间结构绩效是空间发展内在作用机制下物质表现形式所产生的生态、经济、社会等诸多方面的效益[1-4]。空间结构绩效研究主要是从不同维度进行评价体系的构建，通过绩效评价探求空间结构的内在影响因素，以及提出相应的绩效优化策略，通过对相关研究进行梳理，发现现阶段该领域主要分为4个研究维度：生态环境维度、社会经济维度、土地利用维度、公共政策维度[1，3-8]。对于牧业旗县而言，空间结构绩效评价相关研究较少，现阶段该类地区相关评价研究主要是从生态、经济、社会、现代化建设等方面进行。牧业旗县作为北疆生态屏障的重要组成单元，生态安全及生态恢复问题成为影响该类地区人居环境的重要因素，为应对生态问题相继出台“生态补偿”“退牧还草”等相关生态政策，并以生态政策为导向对社会及生态恢复能力进行评价[9-10]。牧业旗县地处我国西北部地区，属经济欠发达地区，经济发展效率关系到牧业旗县基础设施建设、公共服务能力等居民基本生活保障设施的建设，由此引入管理学中绩效评价的思路对内蒙古地区社会经济发展进行评价[11-13]。相关研究注重以单要素为核心进行评价，但城乡空间是经济、社会、政策等要素的物质空间载体，如何高效地配置各方面投入与产出，成为了优化空间结构的核心问题。

牧业地区作为自然和人类及政策共同作用的复杂系统，三生空间结构是否合理关系到草原地区能否实现可持续发展。20世纪以来随着工业化与城镇化进程的加快，草原牧区原有“逐水草居”的生活生产方式受到冲击，在以经济为导向的发展思路下牧业旗县生态环境安全受到威胁。随着生态文明建设的快速推进，牧业旗县需从过去经济导向下的发展模式转变为三生协同的发展模式，通过综合性评价发现影响牧业旗县的关键因素，构建合理的三生空间结构。本文借鉴空间结构绩效评价的思路，从投入产出角度对牧业旗县生态空间、生产空间、生活空间结构绩效进行评价研究，结合相关政策因素分析牧业旗县三生空间结构绩效成因，为该地区三生协同发展思路提供依据。

1牧业旗县三生空间的特征

生态空间是自然环境本底，承担生态服务功能的空间载体，为任何生产生活活动有序进行的前提条件；生活空间是人类进行吃、穿、住、行、用及进行日常交往的场所；生产空间是居民从事劳动活动从而创造经济价值的物质空间。生态环境是一切活动的前提，社会生活适度宜居是“三生空间”协调发展重要纽带[14]。对于牧业旗县而言，三生空间融合关系更为紧密。生态空间一方面提供了畜牧业生产所需的牧草、水源等牧业生产资料与工矿业生产所需的矿产资源、场所条件、气候环境等條件，另一方面在保障传统的游牧生活的同时孕育草原文化，是草原地区发展与进步的基础；生活空间是人类在草原地区繁衍生存的空间载体，是草原文化弘扬传承的承载点，生活空间质量一方面受到自然生态环境的影响，另一方面受到生产力条件的制约，生活空间的布局、承载的人口等因素影响着草原生态环境的好坏，同时为草原生产活动所需劳动力提供休闲、娱乐、居住所需的物质载体；生产空间是草原地区发展的经济基础，其规模与承载力大小在受到生态空间制约的同时又反作用于生态空间，影响着草原生态系统能否良好运行，同时生产空间效益是牧区人居环境的经济基础与保障。牧业旗县三生空间存在交集，相辅相成，相互依托，相互制约。自然生态环境承载着草原地区经济发展与文化生活，产业发展程度、文化生活水平反作用于自然生态本底，三者是一个有机体，牧业旗县三生空间协调布局，是实现可持续发展的关键环节。

2牧业三生空间绩评价体系构建

2.1研究区概况及数据来源

镶黄旗位于内蒙古自治区中部、锡林浩特市西部、北邻苏尼特左旗、苏尼特右旗，东邻正镶白旗，南部与西部分别与乌兰察布市化德县、商都县接壤。地理位置处于东经113°22至114°45、北纬41°56至42°45，全旗总面积5137.26km2，可利用草场面积4889km2。全旗下辖2镇、2苏木、61个嘎查。文贡乌拉苏木与宝格达音高勒苏木以牧业发展为主导，巴音塔拉镇以工矿业结合农牧业发展主导，具有不同类型牧业旗县的代表性特征。

本研究经济产业数据来源《镶黄旗统计年鉴（1986—2017）》与历年政府工作报告及相关部门访谈，气象数据来源于镶黄旗气象局2000—2017年监测数据。植被覆盖度通过遥感影像图反演得到，进行统计后采用均值，牧草地草量通过CASA（Carnegie-Ames-Stanford Approach）对地区初级生产力（NPP）进行计算，从而推算产草量。

2.2绩效指标选择

对于牧业型旗县而言，生态环境脆弱、人地关系紧张、设施水平低下、经济发展滞后，由于生产生活方式由游牧变为定居，加之草原工业化的无序进行，草场退化现象及草原沙漠化现象明显，随着生态文明建设的快速推进与北疆生态安全屏障战略的提出，现阶段牧业旗县要以生态环境恢复与人居环境提升为主要任务[15-18]。因此生态空间结构绩效评价主要从生态治理力度与环境治理成效两方面进行；生活空间结构绩效指标因子选取以生活设施完善程度、居民生活便捷程度为切入点；牧业生产空间结构绩效以牧业发展潜力与牧业发展程度为维度。空间结构绩效评价分为横向评价与纵向评价，横向评价是对同一时间段不同评价单元的评价，纵向评价是对同一评价单元不同时间段的评价，本研究采用纵向评价思路，以每个年份为决策单元（DMU），对镶黄旗2006—2017年空间结构绩效进行评价。

牧业旗县经过长期的演进，形成一定地域内典型的空间特征，空间结构绩效评价指标体系和评价方法以现有的空间结构绩效评价模式为基础，摒除城市或农村因素，融合草原地区地域、民族、文化等牧区特有因子，借鉴草原社会—生态系统恢复能力评价[10]、经济社会发展水平评价[11，13]、生态畜牧业评价等[13]相关评价指标体系及因子，构建空间结构绩效评价指标体系，找出能够体现空间行为高效、集约、公平的核心要素和关键性问题。根据前人研究及已有数据，建立空间结构绩效评级因子库。通过专家意见及调研实践，本着科学性、系统性、地域性、可操作性与精简性的原则，根据牧业旗县三生空间特征选择绩效指标（见表1）。

（1）牧业旗县风沙侵蚀严重、草原沙漠化现象严重，由于过去粗放式的发展模式，导致现阶段生态问题严重，因此牧业旗县生态空间结构绩效评价以环境治理为切入点，以生态治理力度为投入，选取沙源治理面积、造林面积为评价因子；生态治理成效为产出进行评价，选取植被覆盖度、风沙日天数、土地荒漠化面积比例为评价因子。

（2）牧业旗县以第二产业为主导产业，因此以畜牧业发展为切入点，进行生产空间结构绩效评价，以畜牧业发展潜力为投入，选取18～60岁劳动力占比、牧草地单位面积产草量为评价因子；畜牧业发展程度为产出，选取载畜量（羊单位）、牧民年均纯收入、第二产业人数为评价因子。

（3）牧业旗县生活空间结构绩效主要体现在设施的完善程度，因此以生活设施完善程度为投入，选取人均建设用地规模、人口密度、社会固定资产投入、草原书屋配置数为评价因子；居民生活便捷程度为产出，选取城镇化水平、人均交通性道路长度为评价因子。

2.3数据处理及权重确定

2.3.1指标标准化

由于绩效评价指标中存在不同量纲，在进行评价之前首先需将指标进行标准化处理，由于各项指标对系统产生的影响有正向与负向，即将正向指标与负向指标进行分别标准化处理。

正向指标标准化，采用公式如下：

2.3.2权重的确定

空间结构绩效评价中权重的确定方法有层次分析法[3，5]、主成分分析法、环比打分法，本研究采用熵权法[6]，利用原始数据的内部变化规律客观赋权，从而计算得分。熵权法具备两点优势：一是消除了认为评分过程中的主观因素；二是避免了主成分分析可能得到的负值，更加明确地表现了牧业旗县空间效率，方便进一步计算的需要，熵权法确定权重公式为：

3牧业旗县三生空间绩效评价方法

在空间结构绩效评价中的方法模型有，“压力—状态—响应”模型[7-8]、AHM—熵权复合权重法[6]、数据包络分析（DEA）[9-10]、模糊评价法[3]等。本研究通过加权得出子目标层得分，采用数据包络分析（DEA）对子目标层得分进行包络分析，从而对决策单元（DMU）进行相对效率的计算。

3.1DEA的CCR模型

DEA是对多个输入、多个输出决策单元（DUM）进行相对效率评价的方式，DEA模型方法不需要事先对决策单元（DUM）做出假定，从而确定具体投入产出函数形式，该模型通过投入与产出的值，利用线性规划方法估计生产前沿边界。决策单元（DUM）投入值和产出值组合落在生产前沿的边界上，决策单元（DUM）的相对效率值为最大值（其值为1）。落在生产前沿的边界下，决策单元的相对效率无效（其值大于0且小于1）。CCR模型是数据包络分析的一种，由美国运筹学家Charnes、Cooper和Rhodes在“相对效率评价”的基础上提出的，CCR模型建立在规模报酬不变的假设下[19-22]。

2009年镶黄旗三生空间结构绩效θ小于1，为非有效DEA，且存在投入冗余与产出不足，说明牧业发展潜力、生活设完善程度投入冗余，环境治理成效产出不足；2015年镶黄旗三生空间结构绩效θ小于1，为非有效DEA，生态治理力度投入冗余，但是环境治理成效产出不足，生活设施完善程度投入冗余；2016年镶黄旗三生空间结构绩效θ小于1，为非有效DEA，环境治理成效产出不足，生活设施完善程度、畜牧业发展程度投入冗余。其他年份镶黄旗三生空间结构绩效等于1，处于规模效益不变状态（见表3）。CCR模型对于DEA有效的DUM的效率无法进行排序，因此使用DEA超效率模型对有效DUM进行排序。

3.2 DEA超效率模型

对于无效率DUM，θ为1不同可进行排序，而对于处在前沿面上DUM，由于其θ为1，故无法进行排序，也无法做出进一步的评价与比较。为将无效DEA进行排序，Anker and Gifford将DUM分离出参考效率前沿面，在CCR模型的基础上构建超效率DEA模型测算有效DEA效率[19-21]。模型如下，并得出镶黄旗三生空间结构绩效评价结果排序（見表4）。

4研究结论分析

4.1镶黄旗三生空间发展状况分析

通过加权评价，可以得知镶黄旗从2006年起加大对生态环境治理的投入力度，环境治理成效也随之稳步提升，2015年镶黄旗出现旱灾，政府对生态治理力度仍然加大，但环境治理成效不明显；由于旱情导致草场质量下降，产草量降低，畜牧业发展程度受到负面影响，但政府通过抗旱补贴的发放使得牧民生活得到保障，随着2016—2017年环境治理与雨水量的增加及“增羊减牛”政策的初见成效，畜牧业发展程度效率逐步增加；全旗生活设施逐步完善，下辖苏木（乡镇）、嘎查（村）公共服务设施、基础设施逐步完善，城镇化率放缓，交通性道路长度逐步增加，2015年镶黄旗开始着手修建新宝拉格镇到文巴音塔拉镇的S413公路，因此指标计算人均交通性道路长度时将S413正在修建道路长度减去，人均交通性道路面积呈现2015年骤减趋势，居民生活便捷程度受到影响（见图1）。通过绩效值排序，发现镶黄旗三生空间结构绩效2017年最高，均值为1.0154，2015年受到旱灾及基础设施更新的影响，绩效值陡然降低，2015年随着降水的增多及基础设施的完善，于2017年到达最高（见图2）。

4.2 政策与自然环境对投入产出水平分析

镶黄旗地处浑善达克沙地边缘，每年沙尘暴天数较多，因此政府2009年颁布《浑善达克沙源治理生态项目区管护实施意见（试行）》，由于刚刚开始实行，环境治理成效不明显；2009年没有实行全面禁牧政策，从事牧业生产人数较多，同时降水较为充足，植被覆盖程度较高，畜牧业发展较为稳定；2015年，政府投资1.78亿元建设城镇基础设施，因此生活设施完善程度投入冗余，同时实施了京津风沙源治理二期和重点区域造林绿化工程，政府加大投入，但是由于该工程处于起步阶段成效不明显；同年由于旱灾的影响，政府加大了生态环境治理力度，致使生态环境治理投入冗余却产出不足；2016年随着“十个全覆盖”工程的全面展开，生活设施完善程度投入冗余，全面提升全旗人居环境，同时“增羊减牛”政策推进已初见成效，牧业发展程度出现投入冗余（见表3）。

4.3牧业旗县三生空间结构绩效评价方法的实用性分析

从线性规划求解的有效性入手，DUM数目应至少大于投入产出变量数目之和的2倍。本研究从生态、生产、生活三方面的投入产出入手，因此至少需要12年的数据以每年作为DUM。通过绩效评价体系构建，将子目标层作为投入产出变量，通过熵权及直接加权计算每个子目标层的评价值。其后通过DEA模型中的CCR模型进行评价，评价发现有效DEA的DUM数量众多，因此采用DEA模型中的超效率模型在CCR模型的基础上进行求解绩效值。这种方法对于发展缓慢、绩效值均质化、历年数据较为欠缺的牧业地区有明显的优势。

5结语

通过三生空间结构绩效评价方法的构建，探求空间结构绩效在牧业旗县的演化规律，以及适合牧业旗县空间结构绩效评价方式，为牧业旗县制定更为高效合理的空间策略提供依据。在空间规划背景下更好的指导空间发展战略制定与实施，为牧业旗县建设更为生态、宜居的人居环境提供思路。

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