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        基于DEA和Malmquist指數(shù)的中國區(qū)域環(huán)境治理效率研究

        2013-10-11 11:57:52張悟移陳天明王鐵旦
        華東經(jīng)濟管理 2013年2期
        關鍵詞:環(huán)境治理省份要素

        張悟移,陳天明,王鐵旦

        (昆明理工大學 a.質量發(fā)展研究院;b.管理與經(jīng)濟學院,云南 昆明 650093)

        一、引 言

        隨著改革開放步伐的加速,中國的經(jīng)濟處于快速發(fā)展的階段,人們的生活水平的也得到了不斷提升。但是,在經(jīng)濟高速發(fā)展的背后卻存在著一個不容爭辯的事實——我國環(huán)境污染問題日趨嚴重,城市運行成本不斷提升,經(jīng)濟發(fā)展的正效益被大幅抵消,這與我國提倡的建設“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型”的雙型社會相違背?;诖耍瑖鴥葘W者關于環(huán)境治理資源配置問題的重視度不斷提升。

        近年來,國內外對于環(huán)境保護的討論很多,但對環(huán)境治理效率的定量分析卻很少。韓強、曹紅軍和宿潔利用多元統(tǒng)計和環(huán)比分析的方法,對中國工業(yè)領域的環(huán)保投入與產(chǎn)出進行分析,得出中國環(huán)保技術效率偏低的結論,并提出在產(chǎn)業(yè)結構、投資體系、經(jīng)濟與法律手段、社會保障體系四個方面來提高效率[1];王俊能等人利用DEA和Tobit回歸模型分析了中國區(qū)域環(huán)境效率和環(huán)境效率的影響因素,并得出了人均GDP、第三產(chǎn)業(yè)比重與環(huán)境效率呈正相關關系,城市化率和單位GDP能耗則與環(huán)境效率呈負相關關系[2]。蔡曉春、肖小愛利用超效率DEA模型對中國區(qū)域能源利用效率進行了研究,得出了中國區(qū)域能源利用效率的顯著差異,同時在節(jié)能方面給出了相關建議[3]。顏偉、唐德善應用DEA交叉評價方法,對中國環(huán)保投入的利用效率進行了分析,得出目前中國環(huán)保投入總量依然不足,投入產(chǎn)出效率有待提高,投資結構不盡合理,環(huán)保從業(yè)人數(shù)不足和整體素質有待提高的結論[4];王家庭、張俊濤等利用三階段DEA方法對2010年中國的35個大中城市環(huán)保行業(yè)技術效率進行了測度,并得出中國城市環(huán)保行業(yè)的平均技術效率偏低的結論,同時通過對中國東、中、西部效率的測度,得出了中國環(huán)保行業(yè)技術效率的區(qū)域差異,由此提出了系列改進措施[5]。劉立秋、劉璐從環(huán)保投資的擇優(yōu)標準、投資規(guī)模、結構及有效配置的角度,運用DEA模型對區(qū)域環(huán)保投資的相對有效性進行了分析,并提出了系列建議[6]。吳育華、盧靜采用AHP和DEA相結合的方法,對中國11個城市的環(huán)保技術效率進行了評估,得出環(huán)保工作的主要問題在于工作效果差和工作效率低下[7]。

        然而,針對中國區(qū)域環(huán)境治理效率普遍偏低的情況,前人的研究多只是局限于某一年的具體情況,而基于動態(tài)時間序列來考慮此問題的研究很少,因此,隨著時間的進行,區(qū)域環(huán)境治理效率的動態(tài)變化情況不能獲知。基于此,本文從數(shù)據(jù)的可獲得性和模型的精度考慮,并結合前人的研究,針對中國內地30個省份(除西藏),首先運用DEA方法對中國各省2010年和2011年的環(huán)境治理效率進行分析和對比評價,然后運用Malmquist全要素生產(chǎn)力指數(shù)對2002-2011年的時間序列數(shù)據(jù)進行分析,以期找出中國整體環(huán)境治理效率偏低的原因及其對策。由此,不僅得出了靜態(tài)時間序列下中國區(qū)域環(huán)境治理效率的情況,還得出了動態(tài)時間序列下中國區(qū)域環(huán)境治理效率的變化情況及變化成因。

        二、研究方法

        (一)數(shù)據(jù)包絡分析

        數(shù)據(jù)包絡分析(Data Envelopment Analysis,DEA)是1978年由美國運籌學家A Charnes和W W Cooper等提出,該方法是以投入、產(chǎn)出不變的前提下,通過一定的線性規(guī)劃約束,旨在找出各決策單元(DMU)與DEA有效前沿面的偏離程度,以評價它們投入—產(chǎn)出比的效率情況[8]。

        關于DEA的代表性模型有C2R、BC2、ST、FG等。本文旨在研究中國區(qū)域環(huán)境治理效率,同時找出其低效原因,而地區(qū)的環(huán)境治理一般都屬于可變規(guī)模報酬的情況。為此,本文選用考慮了規(guī)模報酬情況的BC2模型(D)。

        DEA規(guī)模效率評價模型(D):

        其中,=(1,1,…,1)∈Em;eT=(1,1,…,1)∈Es。ε是非阿基米德無窮小量,在進行計算時,一般取10-4,s-,s+為松弛變量。

        DMUj0為DEA有效的充要條件為上約束問題的最優(yōu)值解為VD=1,且其最優(yōu)解λ0=(λ01,λ02,…,λ0n)T,,,θ0均滿足VD=θ0=1,=0,=0。若VD≠1,則DMUj0為非DEA有效。若∑λ0j/θ0<1,則DMUj0規(guī)模效益遞增;若∑λ0j/θ0>1,則DMUj0規(guī)模效益遞減。各評價指標按照=θ0Xj-s-0,=Yj+s+0的方向改進。

        (二)Malmquist全要素生產(chǎn)力指數(shù)

        Malmquist全要素生產(chǎn)力指數(shù)最初由Malmquist(1953年)提出,之后,F(xiàn)are、lindgren和Ross等(1980年)對其進行了改進,主要改進思路為:構造從t期到t+1期的Malmquist全要素生產(chǎn)力指數(shù)M(xt+1,yt+1,xt,yt),以此來衡量技術效率變動、技術變動和全要素變動三者之間的變動關系。

        式中Dt(xt,yt)、Dt+1(xt+1,yt+1)分別代表以t期的技術參數(shù)為參考時,t期和t+1期的決策單元距離函數(shù);Dt+1(xt,yt)、Dt+1(xt+1,yt+1)含義類似。

        在VRS的假設條件下,F(xiàn)are(1994年)進一步改進了Malmquist全要素生產(chǎn)力指數(shù),他將其分解為了技術效率變化(Effch)和技術變化(Techch)兩個部分,而技術效率變化又可進一步分解為純技術效率變化(Pech)和規(guī)模效率變化(Sech)。因此,上式可以分解為:

        式中M(xt+1,yt+1,xt,yt)表示生產(chǎn)率水平的變動情況,若其大于1代表提升,反之相反。Techch表示從t期到t+1期的技術生產(chǎn)的技術變動指數(shù),即“前沿面移動效應”,若其大于1表示技術進步,反之相反[9]。Effch表示從t期到t+1期的相對技術效率的變動指數(shù),又稱作“追趕效應”,若其大于1,表示DMU在后一期與前沿面的距離相對于前一期的距離較近,故相對效率提高,反之相反。Pech代表著管理的改善使效率發(fā)生了變動情況,若其大于1表示效率提升,反之相反。Sech代表DMU從長期來看向最優(yōu)規(guī)模靠近程度變化,若其大于1表示DMU向最優(yōu)規(guī)??繑n,反之相反[9]。

        三、中國區(qū)域環(huán)境治理效率實證分析

        (一)指標的選擇和數(shù)據(jù)的來源

        區(qū)域環(huán)境治理效率的評價系統(tǒng)是一個多投入、多產(chǎn)出的復雜系統(tǒng),要綜合準確地對其進行評價,指標的選擇應遵循:科學性原則、可操作性和系統(tǒng)性原則[10]。同時,從人力、財力、物力三方面考慮輸入指標,從直接產(chǎn)出和經(jīng)濟產(chǎn)出方面考慮輸出指標,結合考慮數(shù)據(jù)的可得性,設置如下的輸入、輸出指標,各輸入、輸出指標為相關方面最具代表性的指標,其中,輸入指標包括:①環(huán)境工作人員數(shù)(萬人);②工業(yè)污染治理完成投資額(萬元);③廢物處理設施數(shù)量(套);輸出指標包括:①三廢綜合利用產(chǎn)值(萬元);②無害化廢物處理處置量(萬噸)。

        本文采用我國內地30個省份(除西藏)作為決策單元,樣本容量(30)大于投入與產(chǎn)出指標之積的兩倍(3×2×2=12),可以認為DEA評價結果會有合理的區(qū)分度。此外,決策單元均為我國各省份(自治區(qū)),故可認為它們屬于同類型的決策單元,滿足DEA分析的要求。數(shù)據(jù)的時間序列為10年(2002-2011年),數(shù)據(jù)主要來源于《中國統(tǒng)計年鑒》及中國統(tǒng)計局。

        (二)基于DEA模型的中國區(qū)域2010年、2011年環(huán)境治理效率分析

        根據(jù)統(tǒng)計的指標數(shù)據(jù),結合以上的DEA規(guī)模效率評價模型(D),利用軟件DEAP 2.1可計算出各地區(qū)2010年和2011年的相對效率值(表1)。

        將表1中各地區(qū)2010年和2011年所算得的環(huán)境治理綜合效率對比,利用柱形圖可表示成圖1。

        由表1中2010年和2011年中國區(qū)域環(huán)境治理效率,可以知道:

        (1)從綜合效率的角度看,2010年,全國有8個省份(北京、黑龍江、上海、江蘇、浙江、廣東、海南和甘肅)達到了DEA有效,即投入產(chǎn)出比達到了最優(yōu)狀態(tài),且其技術效率和規(guī)模效率均為有效狀態(tài),而其他22個省份為非DEA有效,其中寧夏的環(huán)境治理效率最低,僅為0.453;2011年,全國有5個省份(北京、上海、江蘇、浙江和海南)為DEA有效,而黑龍江、廣東和甘肅則變成了非DEA有效,寧夏的環(huán)境治理綜合效率最低僅為0.255。將2010年和2011年的綜合效率值進行對比,如圖1??梢钥闯觯瑥恼w上看,大部分地區(qū)這兩年的環(huán)境治理效率都呈下降的趨勢,尤其是吉林、黑龍江、廣東和甘肅,其下降趨勢最為明顯。天津、福建、江西和貴州的綜合效率有了緩慢提高;其他省份的綜合效率值變化不大,基本保持穩(wěn)定。

        (2)從技術效率層面上看,2010年全國有9省(北京、黑龍江、上海、江蘇、浙江、廣東、海南、甘肅和青海)達到技術有效,說明這9個省份投入要素的配置結構屬于合理狀態(tài),而其他省份則需要進一步完善要素的投入配置結構。2011年全國有6?。ū本⑸虾?、江蘇、浙江、海南和青海)達到技術有效,其他省則處于技術無效的狀態(tài),尤其是廣西、陜西和寧夏,技術效率極低,與2010年相比,這幾個省份2011年的技術效率不升反降,說明這3個省必須徹底調整要素的投入配置結構,而其他非技術有效的省也應當適當完善要素的投入配置結構。

        表1 中國區(qū)域環(huán)境治理能力效率值

        續(xù)表1

        圖1 2010年和2011年中國區(qū)域環(huán)境治理綜合效率比較

        (3)從規(guī)模效率的層面上看,2011年全國有6個省份(北京、上海、江蘇、浙江、山東和海南)為規(guī)模效率不變,說明這些省份已經(jīng)達到投入要素的最佳組合,故只需保持不變即為最優(yōu)配置。河北、遼寧、江西、河南和廣東則處于規(guī)模效率遞減的狀態(tài),說明這些省份的要素投入配置不合理,若在不改變其配置結構的前提下,應當適當減少資源的投入量,以達到節(jié)約資源的目的。其他省份則都處于規(guī)模效率遞增的狀態(tài),說明這些省份有必要擴大生產(chǎn)規(guī)模,增加投入會拉動產(chǎn)出的增加,且產(chǎn)出的增長比會大于投入的增長比。

        通過DEAP2.1軟件的計算,還可以得到使非DEA有效的決策單元(DMU)轉變?yōu)橛行MU的剩余變量的取值,即在達到同等產(chǎn)出的情況下,投入要素的可減少量。結果見表2(只分析2011年)。據(jù)非零松弛變量的理論可知,產(chǎn)出的松弛變量為零,故y的松弛變量取值未列出。

        表2 2011年非DEA有效省份投入指標的松弛變量取值

        通過表2的分析可知,為了達到當年同樣的產(chǎn)出,各非DEA有效的省份可按上表減少各投入要素的量。例如,天津可減少工業(yè)污染治理投資額143225.204萬元,山西可減少工業(yè)污染治理投資額256546.085萬元,江西可分別減少環(huán)境工作人員2.185萬人、減少廢物處理設施783套,其他省份的各投入要素的減少量可由表2同樣得出。

        (三)基于Malmquist生產(chǎn)力指數(shù)的中國區(qū)域環(huán)境治理效率分析

        運用DEAP2.1軟件對2002年至2011年中國30省的序列數(shù)據(jù)進行Malmquist生產(chǎn)力指數(shù)分析,得到了30個省份分年和分省的全要素生產(chǎn)力指數(shù)及其分解的計算結果,結果見表3和表4。

        從中國30個省份環(huán)境治理效率的總體平均水平來看,由表3可知,2002-2011年這10年間,區(qū)域環(huán)境治理的效率整體是呈衰退趨勢的,平均TFP指數(shù)值僅為0.955。這10年間,只有2003年和2008年出現(xiàn)了正向的增長,其他均為下降。這說明了這10年間中國整體環(huán)境治理效率是呈下降趨勢的。

        表3 2003-2011年中國區(qū)域環(huán)境治理效率分年TFP指數(shù)及分解

        續(xù)表3

        將表3中,2003-2011年各地區(qū)的Effch、Techch、Tfpch變化趨勢利用數(shù)據(jù)點折線圖表示出來,如圖2。

        圖2 2003-2011年各地區(qū)的Ef f c h、Te c h c h、Tf p c h變化趨勢

        從技術效率變化(Effch)的角度看,由表3和圖2可知,2003年、2006年和2008年都出現(xiàn)了正向增長,其中2008年增長最快,達到了3.2%的增長率。技術效率的變化情況是影響全要素生產(chǎn)率TFP高低的主要原因。從總體上看,中國區(qū)域環(huán)境治理的技術效率呈現(xiàn)增減上下波動的不穩(wěn)定變化趨勢。對技術效率的變動主要是由純技術效率(Pech)的變動引起的,由表3可知純技術效率(Pech)呈現(xiàn)上下波動的變化趨勢,說明了在2002年到2011年這10年間中國環(huán)境治理的管理力度相對不夠;由規(guī)模效率(Sech)的值可知,各年的Sech值普遍為1,2007、2008和2010年則低于1,說明了這3年間中國整體的環(huán)境治理效率呈規(guī)模遞減趨勢,由此可知其投入要素的配置結構不合理,急需進行調整。

        從技術變化(Techch)的角度看,這10年間只有2003年的增長率是大于1的,其余各年均小于1,而技術效率的變動是影響到TFP增長快慢的主要要素。這說明了中國環(huán)境治理效率低下的主要原因是技術要素的制約,故依靠技術的進步來推動TFP值的上升是行之有效的方法。

        由表4可知,按省份分的TFP指數(shù)看,在這10年間,只有內蒙古、黑龍江、廣西、海南、重慶、青海、寧夏和新疆出現(xiàn)了大于1的增長率,其他省份則為衰退趨勢,海南的TFP指數(shù)達到1.068。其中全要素生產(chǎn)力的提升主要是技術效率變化的結果,由表可知海南的技術效率值是最高的,達到1.060。這說明了,中國其它省份若想提升環(huán)境治理效率,可以借鑒海南的經(jīng)驗,加大對于技術要素的投入力度,使其技術效率得到提升,從而最終提升該省份的環(huán)境治理效率。

        表4 2002-2011年中國區(qū)域環(huán)境治理效率分省TFP指數(shù)及分解

        四、結論和相關建議

        目前,環(huán)境污染問題已經(jīng)成為了影響人們生活質量的重大問題,同時,環(huán)境治理的效率高低也是地區(qū)循環(huán)經(jīng)濟和可持續(xù)發(fā)展的重要保障和基礎。本文通過DEA和Malmquist生產(chǎn)效率指數(shù)方法,對中國區(qū)域環(huán)境治理效率分別從靜態(tài)和動態(tài)時間序列的角度進行了定量的分析和評價,并由此提出如下結論和建議:

        (1)從靜態(tài)時間來看,2010和2011這兩年,北京、上海、江蘇、浙江和海南的環(huán)境治理效率相對略高,其他省份應該參考借鑒這5個省份的經(jīng)驗來進行調整自身的投入資源配置,同時加強區(qū)域間合作,做到知識和技術共享。特別是對于經(jīng)濟條件本身就比較落后的地區(qū),如:廣西、陜西和寧夏地區(qū),這些地區(qū)的生產(chǎn)效率普遍偏低,生產(chǎn)資源相對匱乏,因此,提高環(huán)境治理資源的利用效率就顯得尤為重要。

        (2)從動態(tài)時間序列的中國整體環(huán)境治理效率來看,2002年至2011年間,中國整體環(huán)境治理效率呈下降趨勢,這說明隨著國內經(jīng)濟的高速發(fā)展,我國環(huán)境治理資源的利用效率反而在不斷下降。究其原因,全要素生產(chǎn)力指數(shù)的數(shù)值大小主要依賴于技術變化,這說明了中國各個地區(qū)的技術落后是環(huán)境治理資源利用效率低下的主要制約因素,因此,各個省份應該加大科技投入,用技術進步來推動環(huán)境治理資源的可持續(xù)利用。此外,研究還發(fā)現(xiàn),這10年間中國整體的技術效率變化并未出現(xiàn)正增長,而技術效率變化主要是由管理要素引起的,因此,加強環(huán)境治理資源的內部管理,也是提高環(huán)境治理資源利用效率的一條可行之路。

        (3)從動態(tài)時間序列的分省份環(huán)境治理效率考慮,2002年到2010年之間,內蒙古、黑龍江、廣西、青海、寧夏和新疆的全要素生產(chǎn)率指數(shù)為正增長,說明這些省份已經(jīng)意識到對環(huán)境治理資源合理利用的重要性,做出了一定的努力并取得了一定的成果。但它們的增長仍然主要依賴于技術效率的變化,這說明了內部管理得到了一定的提升,但技術的變化對環(huán)境治理資源利用效率的作用并不明顯,由此可知,我國各省份都需要重視科學技術要素的作用,并依靠技術的進步來提升各區(qū)域的環(huán)境治理效率。

        [1]韓強,曹洪軍,宿潔.中國工業(yè)領域環(huán)境保護技術效率的實證研究[J].經(jīng)濟管理,2011(5):154-160.

        [2]王俊能,許振成,胡習邦,等.基于DEA理論的中國區(qū)域環(huán)境效率分析[J].中國環(huán)境科學,2010,30(4):565-570.

        [3]蔡曉春,肖小愛.基于超效率DEA的中國區(qū)域能源利用效率研究[J].統(tǒng)計與信息論壇,2010,25(4):33-40.

        [4]顏偉,唐德善.基于DEA模型的中國環(huán)保投入相對效率評價研究[J].生產(chǎn)力研究,2007(4):21-22.

        [5]王家庭,張俊韜.中國城市環(huán)保行業(yè)的技術效率研究[J].統(tǒng)計與信息論壇,2010,25(12):57-63.

        [6]劉立秋,劉璐.區(qū)域環(huán)保投資DEA相對有效性分析[J].天津大學學報,2002,2(1):5-9.

        [7]吳育華,盧靜.城市環(huán)境保護工作效率評價[J].天津大學學報,2002,2(1):61-64.

        [8]魏權齡.數(shù)據(jù)包絡分析[M].北京:科學出版社,2004.

        [9]Jamaluddin Mohd Yunos,David Havdon.The effiency of the National Electricity Board in Malasia:An intercountry compar?ison using DEA[J].Energy Econmics,1997(19):255-269.

        [10]魏權齡.數(shù)據(jù)包絡分析(DEA)[J].科學通報,2000(17):1793-1806.

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