长江经济带城市生态效率的时空分异及其驱动因素

陈明华 刘文斐 王山 刘玉鑫

摘要 厘清城市生态效率的时空分异及其驱动因素是实现长江经济带协同绿色发展的基本前提。本文基于2003—2018年城市数据，采用MinDS模型测度了长江经济带城市生态效率水平，从投入产出视角揭示了城市生态无效率的具体来源，进一步利用Theil指数及地理探测器等方法实证考察了城市生态效率的时空分异特征及其驱动因素。研究发现：①样本考察期内，长江经济带总体及上、中、下游城市生态效率水平呈现波动上升趋势，且下游地区始终高于中、上游地区。期望產出不足和非期望产出冗余是造成城市生态无效率的重要原因。②地区内差异是长江经济带城市生态效率空间差异的主要来源。2011年之前下游地区内部生态效率差异对总体差异的影响最大;2011年之后下游与上游地区内差异贡献交替位于前两位。③长江中、下游地区城市生态效率的绝对差异呈显著缩小态势，但上游地区稍有扩大。除中游地区外，长江经济带城市生态效率具有一定的梯度效应，且下游地区的两极分化现象最为明显。④长江经济带城市生态效率的空间分异受到多种因素的综合影响，从结构因素来看，经济发展差异对长江经济带城市生态效率空间差异的决定力始终最高，能源投入差异和污染排放差异的作用强度相对较小;从社会经济因素来看，人口密度差异对城市生态效率空间分异的决定力显著强于其他因素。

关键词 长江经济带;城市生态效率;Theil指数;地理探测器

中图分类号 F061.5;F062.2  文献标识码 A 文章编号 1002-2104（2020）09-0121-07  DOI：10.12062/cpre.20200433

长江经济带水陆资源丰富，产业高度集聚，对于推动中国经济转型升级、实现高质量发展具有举足轻重的作用。2018年，长江经济带经济总量达到40.3万亿元，占全国总量的44.1%;新型城镇化步伐加快，常住人口城镇化率达到59.5%。不断推进的城镇化进程显著带动了城市经济的繁荣，与此同时，以供水不足、能源紧缺、环境污染为代表的“城市病”日益凸显[1]。《长江经济带生态环境保护规划》显示，沿江产业发展惯性较大，污染物排放基数大，城市饮水安全依旧存在较大隐患。2014年9月国务院颁布了《关于依托黄金水道推动长江经济带发展的指导意见》，此后，“要像保护眼睛一样保护生态环境”、“共抓大保护，不搞大开发”等理念逐渐深入人心，习近平总书记多次强调，经济发展与生态保护必须并行不悖，要大力推进长江经济带实现生态优先、绿色发展。城市生态效率旨在改善城市经济效益的同时减少相应的生态环境负荷，这为全面考察长江经济带生态环境水平与绿色发展质量提供了新的切入点和视角。鉴于此，本文在科学评价长江经济带城市生态效率的基础上，对其时空分异特征及其驱动因素进行考察，以期为探寻区域绿色协调发展政策、推进长江经济带生态文明建设提供理论支撑。

1 文献综述

为了评估某地区是否以尽可能少的资源投入和环境代价获得尽可能多的经济效益，生态效率无疑是一个理想的概念。早在20世纪90年代，德国学者Schaltegger和Sturm[2]就提出了生态效率的概念，此后由世界可持续发展工商理事会（WBCSD）和经济合作与发展组织（OECD）逐步推广，以求通过资本、能源等要素投入的高效优化配置来实现经济产出的最大化，即达到经济效益与环境承载力的协调统一。近年来，学术界围绕长江经济带生态效率问题展开了诸多研究，并取得了较为丰硕的成果。在生态效率测度方面，早期关于生态效率的评价主要基于单一比值法和指标体系法展开，单一比值法不能有效区分不同环境对生态效率的影响，指标体系法难以克服人为主观因素。由于数据包络分析（DEA）不受指标量纲影响，无须设定生产函数形式，可同时考虑多种投入和多种产出，因此在生态效率评价中逐渐占据主流地位[3-4]。随着长江经济带在区域协调发展总体格局中的战略地位日益突出，探讨生态效率的空间差异和影响因素逐渐成为学界焦点。国内学者综合运用直观比较法、变异系数等方法就长江经济带上、中、下游生态效率的空间非均衡程度进行考察[5]，也有少数学者基于城市群视角展开分析[6]。关于生态效率的影响因素研究主要涉及经济发展水平、技术进步、产业结构、对外开放、环境规制等方面[7-8]。已有文献从理论和实证层面对长江经济带生态效率问题进行了考察，为实现长江流域绿色可持续发展奠定了良好基础，但仍存在一定的局限性：①从分析视角来看，现有文献大多基于省际视角展开，难以反映城市层面的生态效率现状及潜力。②传统的DEA模型要么未考虑投入产出的松弛性问题，要么过度考虑变量的松弛现象，这将导致非有效决策单元对改善城市生态效率产生负面影响。③对于经济社会、自然环境等多目标下的生态效率提升策略研究相对欠缺，在城市生态效率时空分异的驱动因素探测方面有待进一步完善。鉴于此，本文的贡献主要有以下两点：第一，采用Meta-frontier方法处理空间异质性问题，基于非期望产出的超效率MinDS模型测度长江经济带城市生态效率水平，并从投入产出视角分析上、中、下游城市生态无效率的具体来源，以丰富长江经济带城市生态效率的评价研究。第二，文章在探讨城市生态效率空间差异和分布动态的基础上，利用地理探测器方法首次分析城市生态效率的内源、外源影响因素以及空间格局形成机理，为实现长江经济带城市生态效率差异化提升提供科学参考。

2 方法与数据

2.1 城市生态效率DEA模型

2.2 时空分异分析方法

（1）泰尔指数。由Theil[10]在1967年提出，最先被用于刻画国家间收入差距，由于可以衡量不同类型差距对总差距的贡献，后被广泛运用于个体差异化情况的描述，如消费结构差距、地区经济差距等。本文利用该指数测算长江经济带城市生态效率的空间差异，并根据泰尔指数的可加性原则，将城市生态效率的总体空间差异分解为区域间差异与区域内差异，从而揭示长江经济带城市生态效率空间差异的主要来源，具体公式参见陈明华等[11]。

4 长江经济带城市生态效率时空分异特征

4.1 空间差异及其来源

长江经济带地域狭长，上、中、下游在资源禀赋和产业结构等方面存在较大差异，因此在分析长江经济带生态效率时应充分考虑空间异质性问题。本文利用Theil指数测算了长江经济带城市生态效率的总体空间差异并对三大地区进行分解，进而揭示其差异大小及来源。

图2（a）显示了总体差异、地区内差异和地区间差异的变化趋势。样本考察期内，长江经济带城市生态效率的总体差异呈波动下降趋势，年均递减率为3.66%，说明近年来长江经济带生态保护协同性发展取得了一定成效。不难发现，无论是指数大小还是演变趋势，城市生态效率的地区间差异微乎其微且变化幅度较小，地区内差异是构成长江经济带生态效率空间差异的主导因素。

上述分析表明，地区内差异是长江经济带城市生态效率总体差异的主要来源，图2（b）进一步刻画了上、中、下游内部城市生态效率差异对总体差异的贡献程度。样本考察期内，三大地区对总体差异的贡献度呈现出下游地区最大、上游地区次之、中游地区始终最弱的格局。2003—2010年，下游地区差异的贡献度逐渐缩小，而上游与中游地区则逐年攀升。在这期间，下游地区的贡献度与中上游地区差距悬殊，贡献度最高达到47.25%，成为导致长江经济带生态效率总体差异的首要原因。2011年以来，下游内部差异贡献度趋于平稳，上游与中游地区则背道而驰。其中，下游与上游地区内差异的贡献较大，交替位于前两位。总体而言，2010年之前下游地区内部生态效率差异对总体差异的影响最大，2011年之后长江经济带生态效率空间非均衡问题的关键在于促进上游和下游地区经济与生态均衡发展。

4.2 分布动态演进

为继续刻画长江经济带总体及三大地区城市生态效率绝对差异的分布动态演进特征，本文采用核密度估计对城市生态效率水平的分布位置、形态和极化趋势等特征进行深入分析，表1总结了各地区分布动态的演进特征。

从分布位置来看，总体及三大地区主峰位置均呈现“左移-右移”的演进特征，即城市生态效率水平表现为先下降后上升的变化过程。其中，上游地区充分发挥后发优势，主峰位置右移幅度最大，而下游和中游地区右移幅度相对较小，生态效率水平提升速度相对缓慢。从分布形态来看，总体和中、下游地区均表現为主峰高度提升、宽度缩小，表明城市生态效率的绝对差异呈现显著缩小态势。而上游地区则恰好相反，其主峰高度不断下降、宽度略微增加，说明长江上游地区城市生态效率的绝对差异稍有扩大。在极化趋势方面，中游地区自始至终维持单峰状态，总体及上、下游地区在样本考察期初期基本处于双峰状态，其中，下游地区主侧峰高度相差无几，总体及上游地区的侧峰峰值较低。这意味着除中游地区外，长江经济带城市生态效率具有一定的梯度效应，且下游地区的两极分化现象最为明显。而在2014年之后，总体及三大地区的侧峰逐渐消失，说明长江经济带生态效率步入较高水平的同时，空间非均衡状况得以有效缓解。在延展性方面，生态效率水平仅在上游地区表现为右拖尾，且延展性呈拓宽趋势。同样在2014年之后，延展性幅度逐渐缩小，原本较为明显的右拖尾现象也变得不再显著。

5 长江经济带城市生态效率空间分异的驱动因素探测

一般而言，城市生态效率要求以尽可能少的环境代价来获得尽可能多的经济效益和社会效益，以实现“经济-社会-生态”三者的共赢[14]。本文认为，长江经济带城市生态效率的空间分异归因于结构因素和经济社会因素，即内源和外源两部分。结合现有研究和城市层面指标的适用性[16]，本文以资本、劳动力、能源、水资源、经济发展及污染指数作为内源因素，选取产业结构（第三产业占比，IS）、技术进步（科技支出与教育支出之和占比，T）、外商直接投资（实际利用外资金额占比，FDI）、金融发展（存贷款之和占比，FIR）、人口密度（POP）作为外源因素，运用GeoDetector工具检验各自然因素、经济社会因素的决定力大小，进而揭示长江经济带总体及三大地区生态效率空间分异的主导因素，结果如表2所示。

5.1 长江经济带城市生态效率差异的内源驱动因素

对于长江经济带总体而言，整个样本期内各内源因素对城市生态效率空间分异的影响程度由大到小依次为：经济发展（0.29）、劳动投入（0.19）、资本投入（0.17）、能源投入（0.07）、水资源投入（0.04）、污染指数（0.03），且所有因素均通过1%的显著性检验。其中，不同因素对长江经济带各地区城市生态效率水平的影响程度具有显著差异：经济发展差异在三大地区的决定力均达到最高，但影响程度由下、上、中游地区依次递减;劳动投入差异和资本投入差异在下游地区具有较强的推动作用，但对中、上游地区影响不高;能源投入差异和污染排放差异对三大地区城市间生态效率差异的影响相对较小，且污染排放差异对上游地区的影响最小;水资源投入差异对上游城市生态效率差异的决定力仅次于经济发展，却对中、下游地区的影响最小。

分时段来看，2014—2018年大部分结构因素对长江经济带城市生态效率空间差异的决定力显著高于2003—2013年。此外，各地区内部城市生态效率差异的影响因素排名在2014年前后发生了改变。例如，下游地区劳动投入差异和资本投入差异排名发生互换，2014年之后分别处于二、三位;中游和上游地区资本投入差异的决定力较2014年之前显著提升，同时中游地区能源投入差异的决定力开始减弱，上游地区水资源投入差异的决定力不断降低。

5.2 长江经济带城市生态效率差异的外源驱动因素

从外源因素来看，人口密度差异对整体城市生态效率空间分异的决定力显著强于其他因素，影响系数达到0.12，这表明城市人口规模对于城市生态效率差异具有重要影响;技术进步差异对城市生态效率空间分异的决定力为0.05，说明技术水平高低对于城市生态效率的地区差异发挥较强的支撑作用;产业结构差异、外商投资差异和金融发展差异对城市生态效率空间分异的决定力均小于0.03，影响程度相对较低。分地区来看，人口密度差异在上游和下游地区达到最大，FDI差异在中游地区达到最大;技术进步差异对下游和上游地区城市生态效率的决定力显著高于中游;产业结构差异和金融发展差异在上、中、下游地区内部的影响力排名大致相同，但对上游和下游地区城市生态效率差异的作用强度明显高于中游地区。

分时段来看，2014—2018年除了人口密度差异对各地区的决定力显著高于2003—2013年，其他因素均有下降趋势。例如，中游地区技术进步差异、中游和下游地区外商投资差异的作用强度在2014年之后有所减弱，上游和下游地区金融发展差异的决定力出现下降趋势。 此外，上游和下游地区城市生态效率空间分异的主要外源驱动因素均发生改变，而中游地区由外商投资差异逐渐转变为金融发展差异。

6 结论与启示

本文基于MinDS模型对2003—2018年长江经济带城市生态效率进行考察，在此基础上分析了城市生态效率的时空分异特征及其驱动因素，实证结果表明：①长江经济带总体及上、中、下游城市生态效率水平呈现波动上升趋势，但三大地区之间存在明显差异，下游地区的生态效率水平始终高于中上游地区。从投入产出角度来看，期望产出不足和非期望产出冗余是造成长江经济带城市生态无效率的根源。②总体差异呈现波动下降的变化趋势，且地区内差异是城市生态效率空间差异的主要来源。长江中、下游地区城市生态效率的绝对差异呈显著缩小态势，而上游地区则稍有扩大。除中游地区外，长江经济带城市生态效率具有一定的梯度效应，且下游地区的两极分化现象最为明显。③从结构因素来看，经济发展差异对长江经济带城市生态效率空间差异的决定力始终最高，能源投入差异和污染排放差异的作用强度相对较小。分时段来看，2014—2018年大部分结构因素对长江经济带城市生态效率空间差异的决定力均显著高于2003—2013年。④从社会经济因素来看，人口密度差异对城市生态效率空间分异的决定力显著强于其他因素。上游和下游地区城市生态效率空间分异的主要外源驱动因素均发生改变，而中游地区由外商投资差异逐渐转变为金融发展差异。

上述实证结果对于全面探寻长江经济带城市生态效率协调提升路径具有重要意义：首先，鉴于长江经济带上、中、下游城市生态效率存在显著差异，应基于各地区自身的生态无效率短板，实施因地制宜的生态效率提升战略。上游地区城市生态效率整体可优化比例较高，在保证经济产出效益提高的同时还需有效遏制污染物的过度排放;中游地区工业产业相对密集，更应着重促进资源利用逐渐向集约化发展;长江下游作为创新驱动发展的重点区域，城市生态效率改善的重心要放在提高经济运行质量上。其次，缩小地区内差异是实现长江经济带城市生态效率协同提升的首要任务，既要发挥生态高效城市的带动作用，又要避免两极分化现象发生。要想从根本上实现空间高效，就必须建立生态环境治理的区域联防联控机制，充分利用好长江黄金水道为轴的综合网络交通体系，实现资源优势互补与信息融合互动，最终达到共享治理成果、整体效率提高的目的。最后，從长江经济带城市生态效率空间分异的驱动因素出发，经济发展差异和人口密度差异是长江经济带城市生态效率空间差异的主要驱动因素。一方面，通过打造协同创新网络等方式破除要素流动壁垒，增强各地区经济发展的协调性;另一方面，在制定经济规划的同时考虑人口集聚的作用，给予相对落后城市更多的资金与政策支持，通过人才流入缓解人口密度差异所导致的城市生态效率空间非均衡现状。

（编辑：于 杰）

参考文献

[1]张倩， 邓祥征， 周青. 城市生态管理概念、模式与资源利用效率[J]. 中国人口·资源与环境， 2015， 25（6）： 142 - 151.

[2]SCHALTEGGERS，STURM A. Kologische rationalitt：ansatzpunktezur

ausgestaltung vonkologieorientierten management instrumenten[J]. Die unternehmung， 1990， 44（4）： 273-290.

[3]汪克亮， 孟祥瑞， 杨宝臣， 等. 基于环境压力的长江经济带工业生态效率研究[J]. 资源科学， 2015， 37（7）： 1491-1501.

[4]卢丽文， 宋德勇， 李小帆. 长江经济带城市发展绿色效率研究[J]. 中国人口·资源与环境， 2016， 26（6）： 35- 42.

[5]吴传清， 董旭. 环境约束下长江经济带全要素能源效率的时空分异研究——基于超效率DEA模型和ML指数法[J]. 长江流域资源与环境， 2015， 24（10）： 1646-1653.

[6]付丽娜， 陈晓红， 冷智花. 基于超效率DEA模型的城市群生态效率研究——以长株潭“3+5”城市群为例[J]. 中国人口·资源与环境， 2013， 23（4）： 169-175.

[7]刘云强， 权泉， 朱佳玲， 等. 绿色技术创新、产业集聚与生态效率——以长江经济带城市群为例[J]. 长江流域资源与环境， 2018， 27（11）： 2395-2406.

[8]何宜庆， 陈林心， 周小刚. 长江经济带生态效率提升的空间计量分析——基于金融集聚和产业结构优化的视角[J]. 生态经济， 2016， 32（1）： 22-26.

[9]李静， 任继达. 中国工业的用水效率与决定因素——资源和环境双重约束下的分析[J]. 工业技术经济， 2018， 37（1）： 122-129.

[10]THEIL H. Economics and information theory[M]. Amsterdam： North Holland， 1967.

[11]陈明华， 仲崇阳， 张晓萌. 中国人口老龄化的区域差异与极化趋势：1995～2014[J]. 数量经济技术经济研究， 2018， 35（10）： 111-125.

[12]WANG J F， LI X H， CHRISTAKOS G， et al. Geographical detectors-based health risk assessment and its application inthe neural tube defects study of the Heshun region，China[J]. International Journal of geographical information science， 2010， 24（1）： 107-127.

[13]吴延瑞. 生产率对中国经济增长的贡献： 新的估计[J]. 经济学（季刊）， 2008（3）： 827-842.

[14]刘阳， 秦曼. 中国东部沿海四大城市群绿色效率的综合测度与比较[J]. 中国人口·资源与环境， 2019， 29（3）： 11-20.

[15]COOPER W W， SEIFORD L M， TONE K. Data envelopment analysis[M]. 2nd ed. Boston： Kluwer Academic Publishers， 2007.

[16]任保平， 吕春慧. 中国生态环境质量的变动态势及其空间分布格局[J]. 经济与管理评论， 2019， 35（3）： 120-134.