山东省与江苏省造纸行业的生态效率比较研究*

苏世伟，王丹丹

(南京林业大学 经济管理学院，南京 210037)

中国是世界上最大的纸及纸板生产和消费国，2017年中国纸及纸板生产量约1.11亿t，占世界产量的27%[1]。与此同时，造纸行业生产过程需要消耗大量的淡水资源且容易污染环境，其淡水消耗约占全国工业耗水的8.6%～8.9%，污水排放量约占全国工业废水总量的13%～14%[1]。环境污染和资源消耗日益严重问题受到国内外学者广泛关注，德国学者Schaltegeer和Sturns于1990年提出“生态效率”概念，研究了经济产出和环境影响的关系[2]。此后，世界可持续发展工商理事会(WBCSD)、联合国贸易和发展会议组织(UNCTAD)和工业企业延用并拓展此概念，生态效率评价成为衡量经济与环境协调发展的重要工具[3-4]。生态效率评价相关研究主要从3个视角展开。一是评价的指标研究。经济产出指标包括生产总量或销售净额、销售收入与生产成本差额、国内生产总值等。环境影响指标包括能源消耗、物质消耗和水资源消耗等[5-8]。其中，对于污染物排放指标有两种处理方式，第一种是将其作为环境投入指标对待间接求得投入最小化即污染排放最小化，第二种是改变原有公式设定将其作为非期望产出指标对待直接求得非期望产出最小化[9-12]。二是生态效率的测算方法研究。比值法依据生态效率的定义，将经济价值和环境影响最终化为单一数据指标比值[13-14]。指标评价法综合考虑经济、社会和环境等因素，利用消耗指标、投入指标和排放指标并设定指标权重等来衡量生态效率[15-16]。以数据包络分析法(DEA)为典型代表的模型法，通过构造有效生产前沿面来计算决策单元的相对效率，能够有效解决投入冗余和产出亏空的问题[17-20]。三是生态效率评价的应用研究。国内外学者已将其应用于产品、企业、行业和区域等不同领域，选择了高污染高排放的钢铁、煤炭、电力和造纸行业为研究对象[21-27]。在制浆造纸领域方面，将造纸污染物排放指标作为环境投入指标处理；运用非期望产出的DEA模型，引入了投入产出指标的松弛变量并探究其影响因素[5，28-30]；分别研究北欧(芬兰31家和瑞士37家)和缅甸23家造纸企业，建立包含原材料消耗、CO2排放和水资源消耗的生态效率评价指标，发现造纸企业加强水资源利用可以显著提高企业生态效率[31-33]；对淮河流域32家和山东省15家造纸企业的生态效率评价结果表明，严格的环境规制促进造纸企业的可持续增长而不是阻碍经济发展[34-36]。截至2017年12月，虽然学者们对造纸行业生态效率的研究已较为深入，但是在数据可比性和处理方式等方面仍存在以下3个不足：一是多数学者将造纸污染物排放指标作为环境投入指标处理，而在实际生产过程中污染物排放属于经济产出中的非期望产出；二是现有研究大多根据时间截面的静态生态效率评价为主，对于生态效率的动态变化及其影响因素方面的研究较少；三是造纸行业生态效率研究大多利用上市公司数据，但是造纸行业除具有规模经济效应外行业集中度偏高，有显著的区域性，且每个省市具体污染排放标准不统一。鉴于此，将结合非期望产出的DEA模型和ML(Malmquist-Luenberger)指数法，探究2008—2017年省级层面造纸行业生态效率的静态和动态变化(即全要素生产率)及其影响因素，为省级政府调整政策措施提供一定建议。

1 数据与方法

1.1 研究对象概况

造纸行业区域集中度高，规模经济效应明显，各省造纸行业差异明显。从经济产出指标来看，2017年山东省纸及纸板总产量1875万t，销售收入1405亿元，占全国造纸行业销售收入的15%，排名全国第一。山东省晨鸣纸业、太阳纸业、华泰纸业和博汇纸业4家企业已位于世界造纸100强之列。江苏省2017年纸及纸板总产量1253万t，为山东省总产量的67%。江苏省销售收入为674亿元，占全国造纸行业的7%，排全国第四位，但仅为山东省的48%。江苏省小规模造纸企业所占比例较大，已被列入江苏省重点淘汰的落后产能行业之一[1]。从环境影响指标来看，根据《2017年中国水资源公报》显示，山东省和江苏省都处于“极度缺水”区间，人均水资源占有量分别为225 m3和489 m3(按照国际公认的标准，人均水资源低于500 m3为极度缺水)，也是产能千万t以上的省份中仅有的两个省份；山东省废水排放总量约为2.21亿t，占该省工业废水排放总量的15%，江苏省废水排放总量约为3.10亿t，占工业废水排放总量的17%。与山东省相比，江苏省造纸行业发展面临两大困难：一是2008—2017年山东省纸及纸板总产量逐年增加，而江苏省2013年以来纸及纸板生产量陷于停滞甚至出现负增长[1]。二是山东省在实现造纸行业经济产出持续增加的同时能够有效控制污染排放，而江苏省造纸行业纸及纸板总产量远低于山东省造纸行业，污染排放情况却更严重。

1.2 数据来源

数据来源于国家统计局编制的中国统计出版社2009—2018年出版的《山东统计年鉴》《江苏统计年鉴》和中国造纸学会编制的中国轻工业出版社2009—2018年出版的《中国造纸年鉴》。

1.3 指标选取

表 1 生态效率投入和产出指标的总结

生态效率投入和产出指标的总结如表1所示。制浆造纸工艺过程中水资源消耗量大，且此过程中蒸煮废液、洗涤废水和漂白废水等属于较难处理的工业废水，是中国主要工业污染源之一[37]。借鉴文献[8，38-40]，选择用水量作为投入指标，造纸工业总产值(IOV)作为期望产出。在造纸废水的化学成分中，由于化学需氧量(COD)和氨氮(AN)占绝大比例，故选择废水排放、COD排放和AN排放总量作为非期望产出。

1.4 研究方法

1.4.1 SBM-DEA模型

DEA是一种非参数方法，用于评估以多投入多产出为决策单元(DMU，Decision Making Unit)的相对效率，经典的DEA模型包括规模收益不变模型(CCR)和规模收益可变模型(BCC)，已广泛用于分析区域和行业生态效率[41-42]。然而，经典DEA模型存在两大缺陷：一是仅从投入或产出的单方面考虑投入过度或产出不足[43]；二是难以处理期望产出(即经济增长)过程中伴随的非期望产出(即环境污染)。为克服上述不足，Tone提出基于松弛变量测度(Slacks-based Measure，SBM)的SBM-DEA模型，用以解决DMU投入过度或产出不足和非期望产出的问题[44-45]。因此，将采用SBM-DEA模型来探讨山东省和江苏省造纸行业的生态效率。决策单元选择的不同构造出的有效生产前沿面也不同，因此运行SBM-DEA模型得出的生态效率结果仅是相对效率而不是绝对效率。考虑到造纸行业的特征，假设以生产规模收益可变(VRS)来评价2008—2017年山东省和江苏省造纸行业10年共20个决策单元DMU的生态效率[8]。则生态效率(ρ*)表达式为：

⑴

1.4.2 M指数与ML指数

Malmquist(M)指数通常被用来计算全要素生产率(TFP)以衡量DMU在一个周期内的变化[46]。但是，M指数并不能揭示全要素生产率受非期望产出的影响，因此创建了ML指数[47]，将M指数的产出分为期望产出和非期望产出，计算全要素生产率的M指数与ML指数的表达式分别为式⑵和式⑶。可将通过ML指数得到的全要素生产率分解为技术效率(MLEFFCH)和技术进步(MLTECH)，其表达式分别为式⑷和式⑸。

⑵

⑶

⑷

⑸

1.5 数据处理方法

通过MaxDEA软件计算出基于非期望产出的SBM-DEA模型和ML指数评价2008—2017年山东省和江苏省造纸行业的静态生态效率和全要素生产率。使用投入产出松弛变量值和原始投入产出值之间的比率来表示各指标的改善潜力，从而得到山东省和江苏省造纸行业静态生态效率变化的影响因素。

2 结果与分析

表 2 山东省和江苏省造纸行业的生态效率指标值

2008—2017年山东省和江苏省造纸行业生态效率指标值如表2所示。山东省造纸行业期望产出的工业总产值增幅为38.67%，江苏省为59.34%；山东省造纸行业的IOV(Y4)均值1014亿元，是江苏省456亿元的2.2倍。相应的淡水总消耗投入指标，山东省和江苏省造纸行业的用水量的变化趋势一致，但是山东省造纸行业平均用水量1.92亿t为江苏省1.36亿t的1.4倍。在非期望产出方面，山东省造纸行业废水排放(Y1)总量增长，但2013年后出现持续减少的趋势；年均废水排放总量2.55亿t远低于江苏省的3.65亿t。原因可能是：自2010年1月1日起，山东省严格执行《山东省海河流域水污染物综合排放标准》，造纸企业为达到环境标准加大科技投资先后突破制浆工艺和废水深度处理回用等技术瓶颈，于2013年初见成效。山东省和江苏省造纸行业COD排放(Y2)总量大致相同，差距不大，但AN排放总量都在逐年下降，但是山东省造纸行业的AN排放(Y3)总量1173 t仅是江苏省1513 t的0.78倍。原因可能是：山东省造纸行业在2003年率先发布了全国第一个地方行业标准《山东省造纸工业水污染排放标准》，对COD排放进行严格把控，相比而言，江苏省造纸行业的环境标准较为落后。整个造纸行业于“十一五规划”起淘汰落后产能，部分造纸企业转移或关闭，在一定程度上造成山东省和江苏省造纸行业AN排放总量的下降。

2.1 江苏省造纸行业的平均生态效率远远低于山东省

图 1 山东省和江苏省造纸行业的静态生态效率 Figure 1 The static eco-efficiency of the paper industry in Shandong Province and Jiangsu Province

2008—2017年山东省和江苏省造纸行业的静态生态效率值如图1所示。2008—2017年江苏省造纸行业的平均生态效率(ρ*=0.41)远远低于山东省造纸行业的平均生态效率(ρ*=0.91)。自2010年以来，山东省造纸行业的生态效率逐步提高，并且在2010、2011、2012、2015和2017年达到最优状态(ρ*=1.0)，表明2008—2017年山东省造纸行业在投入少、经济产出多的同时实现了低污染排放。而江苏省造纸行业的生态效率(ρ*)最高只有0.46，与山东省造纸行业的差距较大。原因可能是：造纸行业具有显著的规模经济效应，山东省造纸行业企业规模较大且资金充足。此外，山东省造纸行业因地域因素缺乏造纸原材料及水资源等，一直致力于调整原材料结构、寻找新原料及开发清洁生产技术，并率先在“十二五”规划中淘汰落后产能。而江苏省造纸行业的小规模造纸企业较多、布局分散、治污设施不完善，其管理制度的滞后性较强，实施效果见效慢[48]。

2.1.1 山东省造纸行业制定了严格的环境规制标准

SBM-DEA模型的静态生态效率投入产出指标优化结果如表3所示。山东省造纸行业5个指标的改善潜力都小于1%，改善潜力最大的废水排放也仅为0.707%，改善潜力最小的IOV为0，说明山东省造纸行业污染排放已经得到较好控制，进一步改善的空间较小。山东省造纸行业无论是在减少环境污染方面，还是在提高经济产出方面都做的十分突出。山东省是中国造纸行业规模最大的省份，过去由于草浆产量大、造纸厂规模小和环境管理不到位等问题，废水污染情况严重。为了治理污染，山东省政府颁布了比国家标准更严格的造纸行业废水排放标准，如三阶段废水COD浓度排放标准等。这些条例敦促造纸公司实施清洁生产，并开发生态技术。除了颁布严格的标准，山东省还勒令关闭一些小造纸和纸浆公司，这些企业生产能力低未达国家产能标准且严重污染环境，特别是草浆公司。山东省属于严重缺水地区，因此，山东省大力推进循环经济，在造纸生产过程中改善工业用水和黑液回收。资源禀赋的劣势促使其充分利用水资源，提高工业生产中水回用率。

表 3 静态生态效率投入产出指标的优化

2.1.2 COD和AN排放量大导致江苏省造纸行业静态生态效率低下

江苏造纸行业所有指标的改善潜力都远大于山东省(表3)。从IOV来看，江苏省造纸工业纸及纸板生产量还有很大的上升空间。相较而言，江苏省造纸行业COD排放的改善潜力是山东省的125倍，AN排放的改善潜力是山东省的38倍，淡水消耗总量的改善潜力是山东省的15倍，废水排放的改善潜力是山东省的1.7倍。这意味着江苏省造纸行业能够通过采取措施有效提高造纸用水利用率并减少污染排放，从而进一步提高行业整体生态效率。SBM-DEA模型分析表明，COD排放是影响江苏省造纸行业的生态效率的主要因素，江苏省造纸行业需要进一步努力，以减少COD排放量。中国造纸行业主要通过安装环保标准更高的废水处理设备、关闭小型造纸厂、控制制浆项目扩张等方案对COD排放进行总量控制。虽然这些措施取得了一定的成效，但是仅仅依靠管道末端的解决方案是不够的，需要进一步改进技术实行清洁生产以减少制浆等(尤其是非木材制浆)的污染。

2.2 山东省造纸行业的全要素生产率高于江苏省

表 4 ML指数和M指数(均值)

以上一年为基期，计算全要素生产率的均值如表4所示。全要素生产率体现两省造纸行业生态效率的动态变化。山东省造纸行业全要素生产率、技术效率和技术进步均略高于江苏省。两省用ML指数计算得到的全要素生产率均高于用M指数计算的，表明当忽略非期望产出时，造纸行业的全要素生产率会被低估。由于传统的M指数不能包含非期望产出，ML指数对造纸行业生态效率变化提供更为客观准确的结果，这也可以通过企业在生产活动中对环境法规的积极效应来解释。

2.2.1 山东省造纸行业全要素生产率增长源于技术进步的提高

ML指数所计算的两省造纸行业全要素生产率的动态变化如表5所示。2008—2017年山东省造纸行业由于技术进步的提高导致全要素生产率提高了45.2%。山东省造纸行业全要素生产率的增长全部来源于技术进步，技术效率维持不变。山东省造纸企业(尤其是大型骨干企业)加大技术研发和科技创新的投入，将科研成果在企业迅速投产并获得效益。如晨鸣纸业集团股份有限公司和南京林业大学共同合作“造纸节水与清洁生产关键技术及应用”项目，成功减少吨纸清水补充量50%；华泰集团有限公司、太阳纸业股份有限公司和亚太森博(山东)浆纸有限公司等都加大了对清洁生产技术、污水治理技术的投资，从生产的源头和末端共同减少环境污染。因此，实施清洁生产审核和投资污染治理技术能有效提高造纸行业的全要素生产率。

2.2.2 江苏省造纸行业全要素生产率低下源于技术效率的下降

表 5 ML指数的动态变化及其分解

江苏省造纸行业的全要素生产率下降了2.38%，技术进步提高25.91%，技术效率下降了22.47%，技术效率的下降减缓了江苏省造纸行业全要素生产率的增长(表5)。作为一个资金密集型的行业，造纸企业应当努力提高规模效应来降低生产设备的固定成本和污染处理导致的成本增加。此外，大型造纸公司具有较高的管理效率和技术效率来实施环境管理和清洁生产。国家正在通过淘汰落后生产能力以加速造纸公司的合并和增加大型公司的市场份额，降低生产设备和污染治理的单位产品成本，从而促进全要素生产率的增长。江苏省造纸行业正处于“十三五规划”的动态调整期，主要体现在两点：第一，受到长江经济带环境保护的约束，造纸企业形成从沿江向沿海、从苏南向苏北转移的趋势；第二，苏北、苏中正在关停一批布局分散、尚未实现污染集中排放中小造纸企业，新建中大型造纸企业。造纸工业是典型的具有规模经济的行业，过去江苏造纸行业的规模企业主要集中在苏南，苏中和苏北地区造纸行业规模偏小，难以充分发挥规模效益经济。例如2016年4月到2019年5月，江苏地区的小型造纸企业普遍减产停产，该地区正在新建、投产项目：如东洋口港建设400万t高档生活用纸项目；盐城滨海港建设450万t卡纸生产线和250万t箱纸板及石膏纸板生产线；和灌云燕尾港利民纸业200万t项目已部分投产等。

3 结论与建议

3.1 结论

山东省造纸行业的生态效率明显高于江苏省，严格的环境规制可以有效改善造纸行业的生态效率。SBM-DEA模型分析显示，江苏省造纸行业生态效率低下的原因不仅是资源的过度消耗和污染物的排放，还包括经济产出的不足，其中COD、AN排放过量是首要影响因素。山东省造纸行业的全要素生产率明显高于江苏省，前者的全要素生产率增长源于技术进步的提高，后者的全要素生产率低下源于技术效率的下降。

3.2 建议

3.2.1 加强造纸废水排放环境监管

江苏省环保部门应严格监督造纸企业的污染排放问题，对排污不达标或者不能稳定排污的企业及时责令整改或者关停。即使达标排放，但是对于重点流域、饮用水源地等敏感水域造成污染的企业，需及时命令转移或搬迁；江苏省造纸企业必须听从环保部2017年颁布《控制污染物排放许可制实施方案》的要求，持有排污许可证的造纸企业方可进行生产，实施排污许可管理制度。对污染程度不同的纸浆及纸板种类规定相应的排放标准，像草浆这种产能低、碱回收低的纸浆，建议将其外排废水COD浓度标准控制在100 mg/L。

3.2.2 加快产业结构调整实现规模效应

江苏省造纸企业应当重视造纸工业原料问题，减少排污严重的原料的使用，开发造纸新原料，提高废纸回收利用率并合理配用非木材纤维，逐步降低非木浆比例，改善原有原材料结构。提高行业准入门槛，工商环保部门应当严格把关国家规定的各类造纸企业的最低限值，谨慎审批新建或改建的项目。江苏省政府应当对已具有规模效应的造纸企业拥有的环保项目给予经济上和政策上的支持，如对相关项目给予补贴或优惠贴息贷款和对废物重改的纸及纸板减免相关税费等，并支持其对规模较小以及治污能力有限的企业实行收购兼并或进行资产重组。

3.2.3 推行清洁生产技术提高生态效率

江苏省政府应当鼓励已有一定规模效益的造纸企业引进国内外先进造纸设备和技术，持续加大环保投入；支持大型造纸企业清洁生产技术研发与创新，推进技术与装备现代化；推动制浆造纸生产技术向低消耗、高质量和低污染方向发展；督促造纸企业大力推广节水技术，进一步寻找清洁能源，开发废物资源化利用和废水处理循环使用，实现可持续发展。