關 偉,b,豈 宸

(遼寧師范大學 a.城市與環(huán)境學院;b.海洋經濟與可持續(xù)發(fā)展中心,遼寧 大連116029)

1 引言

能源以及與能源消耗密切相關的氣候變化、環(huán)境污染問題是當今人類社會面臨的共同挑戰(zhàn),降低碳排放、提高能源利用效率是緊扣時代主題的全球性問題，我國一直是全球應對氣候變化、環(huán)境污染事業(yè)的積極參與者。我國政府把綠色低碳發(fā)展作為生態(tài)文明建設的重要內容,將節(jié)能減排作為約束性指標納入國民經濟和可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃中?！笆濉睍r期是我國全面建設小康社會的決勝階段,是推動能源革命的蓄力加速期。把能源消費總量和能源消費強度作為經濟社會發(fā)展重要的約束性指標,建立指標分解落實機制,是政府落實能源發(fā)展目標的重要舉措。能源作為工業(yè)的血液,工業(yè)活動中的能源消耗量在總能源消耗中占絕對比重。

從實踐角度看,工業(yè)是國家能源政策的基本出發(fā)點,我國工業(yè)產值約占GDP的40%,而工業(yè)能源消耗量約占全國能源消耗總量的70%。工業(yè)生態(tài)效率研究是對工業(yè)能源效率問題的理論體系與實踐應用領域的補充和完善,有關研究將為區(qū)域與工業(yè)能源發(fā)展規(guī)劃與政策制定，為節(jié)能減排規(guī)劃指標在各地區(qū)與工業(yè)各行業(yè)的量化分解，為工業(yè)相關產業(yè)的空間移動和結構優(yōu)化提供理論支撐、量化依據和政策參考。

綜上所述，我國大部分學者采用DEA測算模型對工業(yè)生態(tài)效率進行了測算,但是由于傳統DEA數據包絡分析得出的測算效率值是在確定前沿面之后得出的相對值,無法對所得數據進行時間序列分析,因此本文選擇構建工業(yè)生態(tài)效率評價指標體系的方法來彌補這一缺點。借鑒何宜慶、陳林心、焦劍雄等構造的生態(tài)效率評價指標體系[6],建立工業(yè)生態(tài)效率評價指標體系,測度了遼寧省2000—2014年14座城市的工業(yè)總體生態(tài)效率并進行了研究,分析其收斂性與相關影響因素。

2 研究方法

2.1 工業(yè)生態(tài)效率評價指標體系

基于指標選擇的科學性、可操作性和客觀性等原則，借鑒已有的研究成果,充分考慮到遼寧省工業(yè)發(fā)展階段、工業(yè)結構變動、區(qū)域經濟發(fā)展規(guī)劃、低碳經濟發(fā)展戰(zhàn)略和各地市資源稟賦差異的客觀事實,借鑒何宜慶、陳林心、焦劍雄等人構建的城市生態(tài)效率評價指標體系[6],構建出遼寧省城市工業(yè)生態(tài)效率評價指標體系(表1),盡可能地充分反映出遼寧省工業(yè)生態(tài)效率的特有內涵和運行機制。其中,城市工業(yè)生態(tài)效率從生態(tài)環(huán)境效益、資源能源效益、經濟效益和可循環(huán)經濟4個維度11項指標進行考察,體現出工業(yè)生態(tài)效率是一個涵蓋工業(yè)污染排放、工業(yè)能源消耗、工業(yè)經濟發(fā)展和發(fā)展循環(huán)經濟的綜合系統,表征了工業(yè)發(fā)展對環(huán)境壓力、生態(tài)環(huán)境現狀和社會政策響應的“壓力—狀態(tài)—響應”環(huán)境測度體系的完整性。

表1 遼寧省工業(yè)生態(tài)效率評價指標體系

在對遼寧省工業(yè)生態(tài)效率進行測度之前,我們首先要對各指標進行賦權。為了避免層次分析法、主成分分析法、專家打分法、因子分析法等方法的主觀性對測度結果帶來影響,引起非客觀性和偏差性,本文運用熵值法來確定指標權重。

假設有m個樣本、n項指標,根據原始數據可得原始矩陣xij=(xij)m×n。式中，xij代表第i個樣本的j項指標值。

首先對原始數據進行標準化,文中采取的方式為min-max標準化。正向指標采用以下方式進行標準化處理:

(1)

負向指標采取以下方式進行標準化:

(2)

式中,max表示j項指標在有限個樣本中的最大值；min表示j項指標在有限個樣本中的最小值。

計算第i個樣本第j項指標下指標值得比重:

(3)

計算各個指標的信息熵:

(4)

計算指標熵權值:

(5)

最終計算工業(yè)生態(tài)效率綜合評價指數,計算公式為:

(6)

式中,Us表示工業(yè)生態(tài)效率綜合系統S的評價指數;λsj表示第j項指標的權重;usj表示S系統的指標值。

2.2 工業(yè)生態(tài)效率收斂性模型

收斂性主要包括絕對收斂和條件收斂。絕對收斂是指各個決策單元隨著時間的推移都會向同一穩(wěn)態(tài)水平進行收斂運動,且具有穩(wěn)定的增長速度?，F實中,由于各個決策單元的特征和條件具有差異性,導致不同決策單元都有不同的穩(wěn)態(tài)水平,并不斷向各自的穩(wěn)態(tài)水平趨同。如果各個區(qū)域間的工業(yè)生態(tài)效率呈現出收斂特性,那么表明已實施的提升工業(yè)能效、節(jié)能減排政策有利于縮小省內不同區(qū)域工業(yè)生態(tài)效率的差異性,可積極推進省內工業(yè)生態(tài)能源的均衡性;若是沒有表征出收斂特性,說明省內工業(yè)能源效率未能向穩(wěn)態(tài)水平趨近,需要對現有政策進行修改并加以完善。

σ收斂:σ收斂值是反映決策單元偏離被評價群體平均值的描述量,工業(yè)生態(tài)效率σ收斂則是表現各區(qū)域效率水平偏離總體水平,進而趨向不均衡的一個動態(tài)過程;若不同區(qū)域σ的值在時間維度上呈現出遞減的趨勢,則認定存在σ收斂。

本文對遼寧省工業(yè)生態(tài)效率的σ收斂分析的方程為:

(7)

式中,IEEi(t)表示第i個地區(qū)在t時間段內的工業(yè)生態(tài)效率;N為區(qū)域個數。當σt>σt-1時,說明各個地區(qū)工業(yè)生態(tài)學率的離散系數在縮小,存在σ收斂；反之，則是發(fā)散的。

β收斂:β收斂又分為絕對β收斂和條件β收斂。如果不同區(qū)域之間的基期經濟基礎條件存在同一性,如地理環(huán)境、工業(yè)結構等，那么隨著時間的推移,這些地區(qū)勢必最終會趨于相同的穩(wěn)態(tài)水平,實現絕對收斂,即盔對β收斂。

β收斂的驗證方法主要有橫截面分析方法和面板數據分析方法兩種,文中使用的絕對β收斂回歸方程為:

[ln(IEEi,T)-ln(IEEi,0)]/T=α+βln(IEEi,0)+ε

(8)

式中,IEEi,T、IEEi,0分別表示基期和T時間段內第i個地區(qū)的年均工業(yè)生態(tài)效率指數;[ln(IEEi,T)-ln(IEEi,0]/T表示第i個地區(qū)從基期到T時間段內的年均IEE增長率;α表示常量值;β表示基期工業(yè)生態(tài)效率(IEEi,0)項的系數;ε表示殘差項。若式中β系數為正值,那么意味著各個區(qū)域的IEE增長率和各個區(qū)域的基期水平呈現出正向關系,工業(yè)生態(tài)效率在各個區(qū)域間的不均衡性有加劇的趨勢,不存在β絕對收斂;反之，若β系數為負值,則各個區(qū)域的IEE增長率與初始水平具有負向關關系,存在工業(yè)生態(tài)效率低效地區(qū)“追趕”高效地區(qū),趨近于同一穩(wěn)態(tài)水平,存在β絕對收斂。與絕對β收斂不同,條件β收斂考慮了外生變量的作用,因此各個單元應該有不同的工業(yè)能源生態(tài)效率穩(wěn)態(tài)。條件β收斂關注的是外生變量既定情況下,工業(yè)生態(tài)效率增長率與其效率穩(wěn)態(tài)距離的反比關系是否仍成立,回歸方程為:

[ln(IEEi,T)-ln(IEEi,0)]/T=α+βln(IEEi,0)+ΨXi,0+ε

(9)

式中,IEEi,T、IEEi,0分別表示基期和T時間段內第i個地區(qū)的年均工業(yè)生態(tài)效率指數;[ln(IEEi,T)-ln(IEEi,0]/T表示第i個地區(qū)從基期到T時間段內的年均IEE增長率;α表示常量值;β表示基期工業(yè)生態(tài)效率(IEEi,0)項的系數;ε表示殘差項,Xi,0表示外生變量。

3 實證分析

3.1 研究區(qū)選擇、變量選取和數據來源

本文選取遼寧省作為研究區(qū)域,根據數據的可得性,研究的時間跨度為2000—2014年。在測度工業(yè)生態(tài)效率值的時候,本文首先構建了工業(yè)生態(tài)效率評價指標體系(表1)。文中指標數據主要來源于2000—2014年的《遼寧統計年鑒》、《中國工業(yè)統計年鑒》、《中國環(huán)境統計年鑒》,部分缺失的數據由遼寧省各市政府工作報告、相關政府機構網站的數據補充,經統計整理合成2000—2014年遼寧省14個地市的數據集。

3.2 遼寧省工業(yè)生態(tài)效率測度與分析

運用工業(yè)生態(tài)效率評價指標體系測度遼寧省工業(yè)生態(tài)效率,得到遼寧省14個地級市2000—2014年的工業(yè)生態(tài)效率值(表2)。由表2可見,大連的工業(yè)生態(tài)效率最高,其次是沈陽和鞍山,平均值分別為0.997、0.982、0.945;而阜新市的工業(yè)生態(tài)效率為全省最低,生態(tài)效率平均值為0.655,僅為大連、沈陽和鞍山的65.5%、66.2%、69.3%。根據工業(yè)生態(tài)效率標準差可知,遼陽市的工業(yè)能源生態(tài)效率變動最劇烈,達到了0.150的全省最高值,其次為本溪和營口,工業(yè)生態(tài)效率標準差分別為0.138、0.138;大連市的工業(yè)生態(tài)效率標準差最低,波動程度最小。劉曉萌等認為,重點發(fā)展第三產業(yè)諸如旅游、服務等一些低污染的產業(yè)有利于城市轉型與工業(yè)生態(tài)效率優(yōu)化,且會緩和工業(yè)生態(tài)效率波動幅度[3]。大連市作為典型的沿海旅游城市與區(qū)域性服務業(yè)中心城市,大連市的高工業(yè)生態(tài)效率值和鮮有波動的變化情況與劉曉萌等的研究一致。

表2 2000—2014年遼寧省14個地級市工業(yè)生態(tài)效率統計值

為了進一步分析,本文將遼寧省14個地級市的工業(yè)生態(tài)效率值根據大小進行了排列分組:①低工業(yè)生態(tài)效率城市(0.60—0.75),此類型的城市個數在2000年、2007年、2014年的節(jié)點分別為4、4、3,所占比例分別為28.57%、28.57%、21.43%。②中等工業(yè)生態(tài)效率城市(0.75—0.90),此類型的城市在3個時間節(jié)點的個數分別為8、6、7,所占比例分別為57.14%、42.86%、50%。③高工業(yè)生態(tài)效率城市(0.90—1.10),此類型城市在3個時間節(jié)點的數量分別為2、4、4;其中所占比例為14.29%、28.57%、28.57%。以上數據清晰地反映了兩個結論:一是在所有時間節(jié)點上,遼寧省的工業(yè)生態(tài)效率總體上處于高水平,類型以中度工業(yè)生態(tài)效率為主;二是從時間序列看,遼寧省的城市工業(yè)生態(tài)效率2000—2014年得到了顯著提升,到2014年中高工業(yè)生態(tài)效率城市占全省的3/4以上。

運用ArcGIS軟件對2000年、2007年、2014年3個時間節(jié)點的14個地級市的工業(yè)生態(tài)效率值進行空間可視化處理,得到圖1。從圖1可見,遼寧省的工業(yè)生態(tài)效率明顯呈現出“中心—外圍”分布趨勢。在這4個時間節(jié)點上,沈陽市、大連市自始至終都是高工業(yè)生態(tài)效率值城市,周邊城市按照距離沈陽市、大連市的遠近呈現出特定變化:距離兩座城市越近,效率值越高；距離越遠,效率值普遍偏低。此外,從時間序列來考量,工業(yè)生態(tài)效率值的空間格局變化基本呈現出由“中心”不斷向“外圍”擴散的趨勢,即以沈陽、大連兩座高工業(yè)生態(tài)效率值型城市為“中心”逐步進行蔓延,直至全省格局變?yōu)橐灾懈咝手党鞘袨橹鳌＿@表明在城市發(fā)展的過程中,除了受限于自身的資源稟賦、技術水平和基礎條件之外,中心城市的輻射以及其帶動作用也起到了關鍵性的作用。因此,在未來城市提高工業(yè)生態(tài)效率的發(fā)展道路上首先要重視并充分利用沈陽市、大連市的“中心帶動”作用,以期向“外圍擴散”提升整體工業(yè)生態(tài)效率水平。

圖1 遼寧省工業(yè)生態(tài)效率空間分布格局

3.3 遼寧省工業(yè)生態(tài)效率收斂性分析

省區(qū)作為我國區(qū)域工業(yè)經濟管理的一級地域單元,全國范圍內的工業(yè)發(fā)展、能源改革政策都必須通過省一級政府具體實施。因此,研究省內的工業(yè)能源生態(tài)效率的地區(qū)差異有助于全國尺度的工業(yè)發(fā)展政策在各省內的有效實施,有助于省內經濟社會的和諧發(fā)展。

遼寧省作為東北老工業(yè)基地的龍頭省份,盡管經過改革開放30年的發(fā)展取得了一定的成績,但區(qū)域發(fā)展不平衡的問題仍然顯著,尤其是工業(yè)生態(tài)效率方面的地區(qū)差異明顯。為了更加系統地闡明遼寧省的區(qū)域差異,研究中我們將遼寧省分為遼東、遼中南、遼西北三大地區(qū)：遼東包括撫順、本溪和丹東;遼中南包括有沈陽、大連、鞍山、營口、遼陽和盤錦;遼西北包括錦州、阜新、鐵嶺、朝陽、葫蘆島。準確描述和衡量遼寧省內工業(yè)生態(tài)效率的區(qū)域差距,探討是否存在σ收斂、β收斂是本文必須要解決的兩個問題。

σ收斂是指不同的地區(qū)之間工業(yè)生態(tài)效率的離差隨著時間的推移而下降。通過式(7)計算每年的工業(yè)生態(tài)效率值的對數標準差,遼寧省總體工業(yè)生態(tài)效率對數標準差在2000—2014年間呈現出漸進式下降的趨勢,從2000年的σ=0.009527下降到了2014年的0.006124,即遼寧省總體上存在σ收斂。對3個區(qū)域的研究發(fā)現,遼中南地區(qū)2000—2014年整體表現為σ收斂態(tài)勢,工業(yè)生態(tài)效率的對數標準差由2000年的0.00623縮小到2014年的0.005854,總體上呈現出緩步下降趨勢;遼西北地區(qū)的工業(yè)生態(tài)效率值盡管在2000—2014年間呈現出上下波動,但總體上表現出σ發(fā)散趨勢,工業(yè)生態(tài)效率的對數標準差由2000年的0.001956緩增加到2014年的0.00256;而遼東地區(qū)在2000—2014年的工業(yè)生態(tài)效率對數標準差變化則呈現出“U”型。其中2000—2008年呈現出σ發(fā)散趨勢,2009—2014年呈現出σ收斂趨勢,總體上工業(yè)生態(tài)效率值的對數標準差是減小的。

絕對β收斂是指隨著時間的推移,一個區(qū)域內所有地區(qū)的工業(yè)能源生態(tài)效率具有相同的趨勢,利用式(8)作為收斂回歸方程。在通過顯著性檢驗的情況下,結果表明遼寧省各市的工業(yè)能源生態(tài)效率差異總體上在逐漸縮小,但收斂速度較為緩慢,為0.0538。遼中南地區(qū)以及遼東地區(qū)的工業(yè)生態(tài)效率通過絕對β收斂,趨同速度均高于全省平均水平,分別達到0.302、0.1925；而遼西北地區(qū)的β系數顯著大于0,說明2000—2014年隨著時間的發(fā)展,遼西北5市之間的工業(yè)能源生態(tài)效率逐漸拉開了距離,呈現出發(fā)散趨勢。

條件β收斂表示各個單元向著自己的效率穩(wěn)態(tài)趨同,彼此穩(wěn)態(tài)之間不同,盡管長期發(fā)展,但工業(yè)生態(tài)效率水平高低的相對性依然存在。在絕對β收斂中,影響工業(yè)生態(tài)效率收斂情況的變量僅為工業(yè)能源生態(tài)效率的初始水平,但實際上取決于產業(yè)結構、技術創(chuàng)新等其他因素,將這些影響因素加入絕對β收斂模型之中,即為條件β收斂模型,則收斂方程為式(9)。

基于科學性、可操作性和客觀性等原則,本文選取產業(yè)結構、對外開放程度、科技創(chuàng)新投入分別驗證處于不同的條件之下的條件β收斂性狀況,其中產業(yè)結構用第三產業(yè)增加值GDP占比來表示,外貿依存度則表征對外開放程度。根據似然比檢驗,本文選擇恰當的模型進行回歸,發(fā)現遼西北地區(qū)在科技創(chuàng)新投入的作用下,回歸方程系數不能通過顯著性檢驗。

遼寧全省、遼東地區(qū)、遼中南地區(qū)在產業(yè)結構、對外開放程度、科技創(chuàng)新投入的作用下和遼西北地區(qū)在產業(yè)結構、對外開放程度的作用下,均滿足了β收斂特征。由此可判斷遼寧省各市的工業(yè)能源生態(tài)效率收斂于各自相同的穩(wěn)態(tài)水平?；貧w方程中Xi,0的系數ψ決定了變量對工業(yè)生態(tài)效率的方向,效率穩(wěn)態(tài)通過工業(yè)生態(tài)效率趨勢判斷,若是存在收斂,則收斂方向即為發(fā)展趨勢。

表3 遼寧省工業(yè)生態(tài)效率β收斂性的影響因素

根據表3可知,遼寧省工業(yè)生態(tài)效率總體上呈上升態(tài)勢,由低水平效率向高水平效率收斂,產業(yè)結構、對外開放程度和科技創(chuàng)新投入全部促進效率值的提升,因此全部促進向穩(wěn)態(tài)水平趨同;遼東地區(qū)同樣是高穩(wěn)態(tài)水平,對外開放程度、科技創(chuàng)新投入促進收斂,而產業(yè)結構對收斂有消極作用;遼中南地區(qū)的收斂方向為效率值由低至高,以及產業(yè)結構、對外開放程度。科技創(chuàng)新投入皆為正向促進作用;遼西北收斂方向是由高效率值至低效率值,科技創(chuàng)新投入回歸系數不顯著,產業(yè)結構對效率值起消極作用,與穩(wěn)態(tài)方向一致,而對外開放程度促進效率值的提升,與穩(wěn)態(tài)方向相反。

4 結論與討論

4.1 結論

本文以遼寧省為例,綜合運用熵值法、工業(yè)生態(tài)效率綜合評價模型,計算出遼寧省14個地級市的工業(yè)生態(tài)效率值。對綜合評價指數進行對比研究,利用ArcGIS軟件對其進行空間可視化處理,觀察工業(yè)生態(tài)效率值在全省的空間布局和時間序列演化,最終得出以下結論:遼寧省的工業(yè)生態(tài)效率值總體上較高,地區(qū)效率值多以中、高效率值為主,在2000—2014年遼寧省的整體水平呈現出顯著提升;空間格局上則主要表現出“中心—外圍”結構,沈陽、大連作為遼寧省的“雙核”城市，輻射全省的城市發(fā)展,對工業(yè)生能源態(tài)效率的提高起到促進和帶動作用。

4.2 討論

整體來看,盡管全省總體的能源生態(tài)效率呈現出上升態(tài)勢且省內各個區(qū)域的差異正在縮小,但全省工業(yè)生態(tài)效率值不均衡性仍較大，因此對各區(qū)域的改進提出以下建議:①遼西北地區(qū)最迫切的任務是有效控制工業(yè)生態(tài)效率的下跌趨勢。通過條件β收斂發(fā)現,遼西北地區(qū)第三產業(yè)比重促進穩(wěn)態(tài)發(fā)展,卻阻礙了工業(yè)生態(tài)效率的有效提升。一般而言,第三產業(yè)能耗低,發(fā)展第三產業(yè)有利于能源效率的提升,直接促進工業(yè)生態(tài)效率的發(fā)展,但條件β收斂的結論卻與這一結論相悖。這種狀況，恰恰反映出遼西北地區(qū)第二產業(yè)比重過于龐大,第三產業(yè)發(fā)展滯后,多年的粗放型經濟增長并未得到根本性的改變。為了從根本上解決工業(yè)生態(tài)效率低下問題,遼西北地區(qū)必須發(fā)展新型工業(yè)與現代服務業(yè),從節(jié)約能源、提高生產率和保護生態(tài)環(huán)境等多方面入手。②遼東地區(qū)在保持穩(wěn)態(tài)水平的基礎上要繼續(xù)實現工業(yè)生態(tài)效率水平的穩(wěn)步提升，加大資金投入研發(fā)力度,推廣環(huán)保技術,提升工業(yè)生產率,加強環(huán)保監(jiān)管使環(huán)保倒逼產業(yè)升級與新型工業(yè)化的發(fā)展，提升自身的開放水平,引進技術與設備,促進工業(yè)效率的提升。③遼東地區(qū)的工業(yè)生態(tài)效率在全省處于領先水平,沈陽、大連作為遼寧省經濟的增長極和技術創(chuàng)新的核心城市,先進技術的擴散直接導致遼東地區(qū)在工業(yè)生態(tài)效率上優(yōu)于省內其他區(qū)域。今后遼東北地區(qū)應當繼續(xù)推動產業(yè)結構改革,持續(xù)優(yōu)化產業(yè)結構、大力推進產業(yè)升級,提升自身開放水平,與世界先進企業(yè)合作交流,發(fā)展科技含量高、資源消耗低、環(huán)境污染少的新型工業(yè),在做好做強新服務領域下、新服務模式下的現代服務業(yè)。

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