向小東 范秀麗
(福州大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院,福建福州 350116)
近年來,隨著我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速增長,經(jīng)濟(jì)增長與環(huán)境保護(hù)之間的矛盾日益突出,盡管已經(jīng)采取了不少相關(guān)措施,但環(huán)境問題仍日趨嚴(yán)重,不僅直接影響到廣大人民群眾的身心健康,也嚴(yán)重威脅到國家的可持續(xù)發(fā)展計(jì)劃。因此,考慮環(huán)境因素的生產(chǎn)效率研究是非常必要的,環(huán)境效率逐漸成為衡量環(huán)境水平和可持續(xù)發(fā)展水平的重要指標(biāo)之一。
已有的相關(guān)研究多從企業(yè)微觀層面、產(chǎn)業(yè)層面、國家宏觀層面評價(jià)環(huán)境效率。比如在企業(yè)層面,李靜引入了一個(gè)非徑向和非角度的SBM 模型處理非期望產(chǎn)出問題,并對43 家企業(yè)進(jìn)行了環(huán)境效率實(shí)證分析。[1]在產(chǎn)業(yè)層面,鐘娜用并聯(lián)結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)DEA 模型對三大產(chǎn)業(yè)進(jìn)行了效率評估。[2]在國家宏觀層面,王俊能等利用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析(DEA)模型對中國大陸31 個(gè)省區(qū)的環(huán)境效率進(jìn)行了總體分析與評價(jià),并將全國劃分為三類環(huán)境-經(jīng)濟(jì)功能區(qū)。[3]李海東等利用改進(jìn)的環(huán)境效率評價(jià)模型ISBM-DEA 對中國30 個(gè)地區(qū)環(huán)境效率進(jìn)行了實(shí)證研究。[4]雖然以上文獻(xiàn)多數(shù)考慮到了環(huán)境污染對效率的影響,但是僅僅停留在了非期望產(chǎn)出存在下的效率評價(jià)問題,并沒有對非期望產(chǎn)出的治理環(huán)節(jié)作出進(jìn)一步的評價(jià)分析,與實(shí)際情況不符。而在相對較少的城市和省際層面的文獻(xiàn)中,對環(huán)境污染的治理過程同樣沒有做出評價(jià)研究,如辜子寅等以江蘇省為研究對象,收集“十一五”期間各地區(qū)相關(guān)變量數(shù)據(jù),運(yùn)用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析和Malmquist 指數(shù)方法從靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩個(gè)角度對區(qū)域環(huán)境效率進(jìn)行測度,然后構(gòu)建面板數(shù)據(jù)模型,探究環(huán)境效率的影響因素,結(jié)果表明,政府規(guī)制對環(huán)境效率改進(jìn)有正向影響,產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟(jì)外向度的作用具有雙面性。[5]趙艷等運(yùn)用DEA 方法中的SBM 模型對江蘇省環(huán)境效率及其變化率進(jìn)行了分析。[6]
由上述四個(gè)層面的研究現(xiàn)狀可知,目前環(huán)境效率評價(jià)大多停留在單系統(tǒng)環(huán)境效率評價(jià)層次上。從整體上把握環(huán)境效率評價(jià),具有一定的指導(dǎo)作用,但也存在一定的局限性,表現(xiàn)在忽略了最應(yīng)考慮在內(nèi)的非期望產(chǎn)出的治理過程,模糊了環(huán)境效率概念。盡管一些文獻(xiàn)提及到環(huán)境效率評價(jià)系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu),但并沒有做出實(shí)際的研究。[7]而且,在環(huán)境效率評價(jià)將系統(tǒng)內(nèi)部復(fù)雜結(jié)構(gòu)考慮在內(nèi)時(shí),不宜采用單系統(tǒng)DEA 模型而應(yīng)采用網(wǎng)絡(luò)DEA 模型。此外,這些已有的環(huán)境效率評價(jià)研究采用的DEA 方法多數(shù)是基于自評思想,最大化自身效率。而實(shí)際上,利用自評和互評相結(jié)合的交叉效率方法評價(jià)環(huán)境效率,評價(jià)結(jié)果會(huì)更加客觀、可信?;谏鲜稣J(rèn)識,本文從環(huán)境污染的產(chǎn)生和治理過程出發(fā)將環(huán)境效率評價(jià)過程劃分為生產(chǎn)階段和污染治理階段,然后基于網(wǎng)絡(luò)DEA 和交叉效率評價(jià)思想對該兩階段及其構(gòu)成的系統(tǒng)整體構(gòu)建環(huán)境效率評價(jià)模型,最后利用構(gòu)建的模型對福建省9 個(gè)地級市進(jìn)行應(yīng)用研究。
實(shí)際當(dāng)中,環(huán)境問題的產(chǎn)生過程是先經(jīng)過生產(chǎn)活動(dòng),產(chǎn)出經(jīng)濟(jì)效益和相應(yīng)的污染物,然后部分污染物通過環(huán)境污染治理,得到污染物綜合利用產(chǎn)值和治理后排放的污染物。因此,本文從環(huán)境污染的產(chǎn)生和治理過程出發(fā),將環(huán)境效率評價(jià)分為兩個(gè)階段,即生產(chǎn)階段(子系統(tǒng)1)和污染治理階段(子系統(tǒng)2),構(gòu)建如圖1所示的模型圖:
圖1 兩階段環(huán)境效率鏈形系統(tǒng)模型
考慮如圖1所示的兩階段環(huán)境效率鏈形系統(tǒng)模型圖,兩個(gè)子系統(tǒng)分別為生產(chǎn)階段(子系統(tǒng)1)與污染治理階段(子系統(tǒng)2)。生產(chǎn)階段的投入為。其中非期望產(chǎn)出為既是子系統(tǒng)1 的非期望產(chǎn)出向量,又是子系統(tǒng)2 的非期望投入向量。而對于污染治理階段而言,它的投入是,產(chǎn)出包括非期望產(chǎn)出和期望產(chǎn)出)。這里X1、Y1、Z1、X2、Y2、Y3均是向量。上述向量對應(yīng)的權(quán)重向量分別為v1,u1,u2,v2,u2,u3。對于決策單元j,上述輸入、輸出向量分別為
根據(jù)楊峰的理論,假設(shè):1)每個(gè)系統(tǒng)均滿足CRS(規(guī)模收益不變,對應(yīng)CCR 模型的一個(gè)假設(shè));2)每條鏈形均可拆分并重新組合,即可以假設(shè)虛擬的鏈形。構(gòu)造虛擬鏈形時(shí),原鏈形具有n 個(gè),構(gòu)造的虛擬鏈形也具有n 個(gè),建立次完美鏈形生產(chǎn)可能集[8],記作:
其中:表示生產(chǎn)階段第j決策單元的前沿投入、表示污染治理階段第j決策單元的前沿產(chǎn)出。
應(yīng)用DEA 對環(huán)境效率進(jìn)行評價(jià)時(shí)面臨一個(gè)問題:產(chǎn)出中既有期望產(chǎn)出(如GDP 等),亦存在非期望產(chǎn)出(如“廢氣”等),而兩者期望的方向并不一致,期望產(chǎn)出越大越好,非期望產(chǎn)出則正好相反,這意味著期望產(chǎn)出與非期望產(chǎn)出必須分別處理。為此,基于 Seiford L.M.,zhu J.的理論[9]對非期望產(chǎn)出的處理方式是對非期望產(chǎn)出乘以-1,然后尋找一個(gè)合適的轉(zhuǎn)換向量使所有負(fù)的非期望產(chǎn)出變成正值(轉(zhuǎn)換向量法)。如其中v是一個(gè)足夠大的向量以保證所有轉(zhuǎn)化的期望產(chǎn)出是正數(shù)。同樣,對于非期望投入人們希望其越多越好,也應(yīng)該對其做同樣的變換處理。具體變換為:其中在以上信息的基礎(chǔ)上,構(gòu)建各子系統(tǒng)和整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的DEA 交叉效率評價(jià)模型。
對于生產(chǎn)階段(子系統(tǒng)1)效率評估研究,可以分為四個(gè)步驟進(jìn)行。第一步主要是利用CCR模型求得自評效率值;第二步是將第一步求得的帶入到中立性交叉效率方法中,獲得最優(yōu)輸入輸出權(quán)重;第三步是利用第二步求得的輸入輸出權(quán)重來求得效率值,從而進(jìn)一步求得交叉效率矩陣;第四步是利用熵值法和加權(quán)求和法得到最終的效率值。具體過程如下。
第一步:根據(jù)傳統(tǒng)的輸入角度的CCR 模型,求 DMUK(表示子系統(tǒng)1 的第k(k=1,2,…,n)個(gè)決策單元)自評效率,其線性規(guī)劃模型如下:
第二步:對每個(gè)決策單元,若是直接利用傳統(tǒng)DEA 模型中的自評效率值進(jìn)行排序則存在諸多缺陷,如傳統(tǒng)效率值只能分辨出決策單元是DEA 有效還是非有效,不具備對決策單元(尤其是有效單元)進(jìn)行分級、排序的能力;用于計(jì)算效率值的權(quán)系數(shù)只在對被評價(jià)單元最有利(使其效率值最大)的特定范圍內(nèi)取值,容易形成夸大長處、回避缺陷,以自評為主的氛圍,產(chǎn)生表面上DEA 有效,但在互評中卻處于不利地位的偽有效單元(false positive units)。[10]由于以上問題的存在,學(xué)者們開始對傳統(tǒng)DEA 模型加以適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)和完善,如Sexton 等引入的交叉效率模型。[11]本文提出利用中立性交叉效率評價(jià)方法[12]進(jìn)行環(huán)境效率評價(jià)以處理由于輸入輸出權(quán)重不唯一問題。相較于其他的DEA 模型,中立性DEA 模型的優(yōu)勢不僅表現(xiàn)在評價(jià)單元不會(huì)有主觀選擇斗爭性和仁慈性時(shí)所面臨的困難,而且能有效地減少零輸出權(quán)重?cái)?shù)目,評價(jià)指標(biāo)被盡可能的利用。子系統(tǒng)1 的中立性交叉效率模型如下所示:
以上目標(biāo)函數(shù)的分式表示是DMUk(k=1,2,…,n)的第r(r=1,2,…,s + d)個(gè)輸出指標(biāo)效率值。第一個(gè)約束條件表示權(quán)重應(yīng)使得評價(jià)單元(子系統(tǒng)1)k滿足最大效率為第一步求出來的最優(yōu)自評效率值;第二個(gè)約束條件代表單元j的組合輸出不大于組合輸入。
模型(2)可轉(zhuǎn)化為如下線性規(guī)劃:
其中主對角線為自評效率值,非主對角線為他評效率值。
第四步:由交叉效率模型計(jì)算每個(gè)單元的最終效率時(shí)常用的處理方法是采用每個(gè)決策單元的平均效率,即各單元的權(quán)重為1/n。事實(shí)上,每個(gè)單元所提供的信息量有所不同,為了充分利用各個(gè)決策單元所提供的效率評價(jià)值的信息,根據(jù)Wu Jie 等提出的熵值法[14]來確定權(quán)系數(shù)wj(j=1,2,…,n),如下所示:
根據(jù)以上計(jì)算得出的最終效率值,可以對所有決策單元(子系統(tǒng)1)進(jìn)行排序。
對子系統(tǒng)2,也可以分為四步進(jìn)行評估研究,類似子系統(tǒng)1 的計(jì)算步驟(只是輸入輸出名稱與個(gè)數(shù)不同,實(shí)質(zhì)思想一樣)。
整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的生產(chǎn)可能集T是由n個(gè)虛擬鏈形系統(tǒng)和n個(gè)實(shí)際的鏈形系統(tǒng)共同決定的。按楊峰的理論[15],本文帶兩個(gè)子系統(tǒng)的系統(tǒng)整體效率評估的具體步驟可分為如下五步。
求得的系統(tǒng)整體的目標(biāo)函數(shù)值θkk,即為最優(yōu)系統(tǒng)整體自評效率值。
第三步:將上述模型(8)得到的整個(gè)系統(tǒng)的決策單元的自評效率值應(yīng)用到中立性交叉效率的線性規(guī)劃模型中,如模型(9)所示。
由模型(9)可得到:
θjk表示決策單元j在決策單元k的最優(yōu)權(quán)重標(biāo)準(zhǔn)下的系統(tǒng)整體效率。每個(gè)決策單元進(jìn)行n次評價(jià)從而得到系統(tǒng)整體的交叉效率矩陣θ。
第五步:得到交叉效率矩陣之后,采用熵值法求得決策單元系統(tǒng)整體的權(quán)系數(shù),然后確定系統(tǒng)整體的最終效率值。此處類似生產(chǎn)階段(子系統(tǒng)1)的環(huán)境效率評價(jià)模型的第四步計(jì)算過程。
為了說明前述模型的應(yīng)用,此處以福建省9個(gè)地級市為評價(jià)對象,把每一個(gè)市看成一個(gè)決策單元,于是就有9 個(gè)決策單元。由于生產(chǎn)活動(dòng)的投入產(chǎn)出之間存在一定的滯后期[16],本文將滯后期定為一年,也就是說,第一階段的輸入數(shù)據(jù)是使用第T年數(shù)據(jù),第一階段的輸出數(shù)據(jù)和第二階段的輸入數(shù)據(jù)采用第T+1年數(shù)據(jù),第二階段的輸出數(shù)據(jù)選用第T +2年數(shù)據(jù)。考慮到數(shù)據(jù)的時(shí)效性和可獲得性,選用2011-2013年的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。根據(jù)代表性、科學(xué)性和精簡性等指標(biāo)選擇原則,參照已有的文獻(xiàn),確定本文的環(huán)境效率評價(jià)指標(biāo)體系如下。
生產(chǎn)階段的投入指標(biāo):全社會(huì)固定資產(chǎn)投資和單位年末從業(yè)人員數(shù)(即X1),這兩個(gè)指標(biāo)數(shù)據(jù)來源于《福建統(tǒng)計(jì)年鑒-2012》。該階段的產(chǎn)出指標(biāo):地區(qū)生產(chǎn)總值(期望產(chǎn)出)、生活廢水排放量、生活二氧化硫排放量(非期望產(chǎn)出,此兩項(xiàng)即模型中的Y1')、工業(yè)二氧化硫產(chǎn)生量(即模型中的Z1)。具體而言,除工業(yè)二氧化硫產(chǎn)生量作為中間變量且數(shù)據(jù)來源于《中國城市統(tǒng)計(jì)年鑒-2013》外,其他指標(biāo)都是最終產(chǎn)出變量且數(shù)據(jù)均來源于《福建統(tǒng)計(jì)年鑒-2013》。
污染治理階段的投入指標(biāo):工業(yè)二氧化硫產(chǎn)生量(即模型中的Z1)和工業(yè)污染治理投資額(即模型中X2,包括人力成本、技術(shù)投資成本、脫硫處理設(shè)備以及所需的吸收劑或其他原料成本等)。后者為第二階段追加的投入,其數(shù)據(jù)來源于《福建統(tǒng)計(jì)年鑒-2013》。該階段的產(chǎn)出指標(biāo):工業(yè)固體排放量、工業(yè)二氧化硫排放量(此處兩指標(biāo)即模型中Y2)和工業(yè)“三廢”綜合利用產(chǎn)品產(chǎn)值(即模型中Y3),除三廢綜合利用產(chǎn)品產(chǎn)值外,其他產(chǎn)出指標(biāo)數(shù)據(jù)均來自于《福建統(tǒng)計(jì)年鑒-2014》。其中,三廢綜合利用產(chǎn)品產(chǎn)值指標(biāo)數(shù)據(jù)未知,通過數(shù)據(jù)分析,可以利用直線趨勢預(yù)測方法(t為自變量)預(yù)測該指標(biāo)數(shù)值。但是各市所參照的期間年份有所差異:福州市是依照2003-2010年的三廢綜合利用產(chǎn)品產(chǎn)值預(yù)測2013年的三廢綜合利用產(chǎn)品產(chǎn)值,三明市、泉州市和龍巖市亦是如此;廈門市是依照2003-2009年的三廢綜合利用產(chǎn)品產(chǎn)值預(yù)測2013年的三廢綜合利用產(chǎn)品產(chǎn)值,莆田市、南平市和寧德市亦是如此;而漳州市是依照2000-2009年的三廢綜合利用產(chǎn)品產(chǎn)值預(yù)測2013年的三廢綜合利用產(chǎn)品產(chǎn)值。經(jīng)過對各回歸方程的F值測算,在顯著性水平為5%時(shí)檢驗(yàn)通過。
另外,應(yīng)用中的非期望產(chǎn)出指標(biāo)按照前文所述的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化法進(jìn)行處理:其中v的取值為各指標(biāo)的最大數(shù)值加1 后所得向量。
采用Microsoft office excel 2007 軟件對福建9個(gè)地級市的兩個(gè)子系統(tǒng)及系統(tǒng)整體的環(huán)境效率進(jìn)行評價(jià),結(jié)果如表1所示:
表1 基于2011-2013年數(shù)據(jù)求得的福建省環(huán)境效率評價(jià)結(jié)果
由表1可知,對于福建省環(huán)境效率評價(jià)的第一階段而言,福建省9 個(gè)市的生產(chǎn)效率的平均值約為0.56,其中低于平均值的市有4 個(gè),占總數(shù)的44.44%,這表明福建省各市在生產(chǎn)階段的效率還是比較低的,主要是由于生產(chǎn)資源投入冗余或者是生產(chǎn)資源未達(dá)到優(yōu)化配置等所致。具體而言,生產(chǎn)效率高于平均值的五個(gè)城市為由大到小排序?yàn)閷幍率?、南平市、三明市、莆田市、龍巖市。寧德市生產(chǎn)效率最高的原因是生產(chǎn)資源達(dá)到了最好的優(yōu)化配置。生產(chǎn)效率排名后三位的市有:廈門市、泉州市、福州市,該三個(gè)市是改革開放的前沿城市,經(jīng)濟(jì)和城市化水平處于中高階段,投入指標(biāo)全社會(huì)固定資產(chǎn)投資和單位年末從業(yè)人員投入冗余,但是地區(qū)生產(chǎn)總值產(chǎn)出不足。以福州市和寧德市作比較,福州市的全社會(huì)固定資產(chǎn)投資和單位年末從業(yè)人員數(shù)分別約是寧德市的6 倍、7 倍,但是福州市的地區(qū)生產(chǎn)總值才約是寧德市的4倍,因此表明福州市的地區(qū)生產(chǎn)總值產(chǎn)出不足,存在對資源的浪費(fèi)和利用率不高的問題。
對于福建省環(huán)境效率評價(jià)的第二階段而言,福建省9 個(gè)市的污染治理效率的平均值約為0.50,其中低于平均值的市有5 個(gè),占福建省市總數(shù)的55.56%,這表明福建省各市在污染治理階段的效率也是比較低的。污染治理效率排名前兩位的市:龍巖市、莆田市。一般這類市會(huì)根據(jù)污染物產(chǎn)生量而投入相應(yīng)的資金對污染物進(jìn)行治理。污染治理效率排名后三位的市有:寧德市、福州市、泉州市。一般這類市在對污染物進(jìn)行治理時(shí)因?yàn)橥度肓诉^多的資源或資金,從而導(dǎo)致污染治理效率偏低。
從整個(gè)系統(tǒng)看,福建省環(huán)境交叉效率普遍偏低,福建省9 個(gè)市的系統(tǒng)整體效率的平均值約為0.40,其中低于平均值的市有6 個(gè),占福建省市總數(shù)的66.67%。系統(tǒng)整體交叉效率排名前三位的市有:莆田市、漳州市、龍巖市。一般這類市有幾個(gè)子階段的交叉效率相對比較高,或者子階段之間的協(xié)同效應(yīng)發(fā)揮較佳(如莆田市),因而使得整體的效率也相對比較高。系統(tǒng)整體交叉效率排名后三位的市有寧德市、福州市、泉州市。這類市或者是有幾個(gè)子階段的交叉效率相對較高,但由于子階段之間實(shí)現(xiàn)了較差的協(xié)同效應(yīng)(如寧德市),因而造成系統(tǒng)整體的交叉效率也比較低;或者是各個(gè)子階段的效率都比較低,而影響了系統(tǒng)整體效率的大小。
本文構(gòu)建了環(huán)境效率網(wǎng)絡(luò)DEA 交叉效率評價(jià)模型,用此模型對福建省9 個(gè)地級市進(jìn)行了評估研究,結(jié)果表明無論是整個(gè)系統(tǒng),還是包含的生產(chǎn)階段(子系統(tǒng)1)和污染治理階段(子系統(tǒng)2),效率值大多數(shù)偏低,具有較大提升空間,且各市效率水平差異較為明顯,全省發(fā)展不平衡。由于文章提出的模型能夠有效地分析決策單元內(nèi)部子系統(tǒng)的有效性水平,能夠發(fā)掘影響決策單元效率的關(guān)鍵因素,因而能夠給出更為詳細(xì)的環(huán)境管理信息,為決策者提供更為有效的決策依據(jù)。本文的研究豐富、完善了相關(guān)內(nèi)容,對以后相關(guān)應(yīng)用研究有一定的借鑒意義。
注釋:
[1]李 靜:《基于SBM 模型的環(huán)境效率評價(jià)》,《合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)》(自然科學(xué)版)2008年第5 期。
[2]鐘娜:《基于網(wǎng)絡(luò)DEA 的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)效率評價(jià)》,碩士學(xué)位論文,中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)2011年。
[3]王俊能、許振成、胡習(xí)邦等:《基于DEA 理論的中國區(qū)域環(huán)境效率分析》,《中國環(huán)境科學(xué)》2010年第4 期。
[4]李海東、汪 斌、熊貝貝等:《基于改進(jìn)的ISBM-DEA 模型的區(qū)域環(huán)境效率實(shí)證研究》,《系統(tǒng)工程》2012年第7 期。
[5]辜子寅、俞逸帆:《江蘇省環(huán)境效率的測度及其影響因素實(shí)證分析》,《常熟理工學(xué)院學(xué)報(bào)》(自然科學(xué)版)2013年第2 期。
[6]趙 艷、孫 翔、朱曉東:《基于DEA 的江蘇省環(huán)境效率研究》,《環(huán)境保護(hù)科學(xué)》2011年第4 期。
[7]宋馬林、王舒鴻、劉慶齡等:《一種改進(jìn)的環(huán)境效率評價(jià)ISBM-DEA 模型及其算例》,《系統(tǒng)工程》2010年第10 期。
[8][15]楊 峰:《含有多個(gè)子系統(tǒng)的決策單元的DEA 效率評估研究》,博士學(xué)位論文,中國科學(xué)技術(shù)大學(xué),2006年。
[9]Seiford L.M.,Zhu J.,“Modeling undesirable factors in efficiency evaluation”,European Journal of Operational Research,vol.142,no.1(2002),pp.16-20.
[10]吳杰:《數(shù)據(jù)包絡(luò)分析(DEA)的交叉效率研究-基于博弈理論的效率評估方法》,博士學(xué)位論文,中國科學(xué)技術(shù)大學(xué),2008年。
[11]Sexton T.R.,Silkman R.H.,Hogan A.J.,Data envelopment analysis:critique and extensions.San Francisco :Jossey-Bass,1986,pp.73-105.
[12]Wang Ying- Ming,Chin Kwai- Sang,“A neutral DEA model for cross- efficiency evaluation and its extension ”,Expert Systems with Applications,vol.37.no.5(2010),pp.3666- 3675.
[13]荊 浩、趙希男:《DEA 中交叉效率評價(jià)的新思考》,《運(yùn)籌與管理》2008年第3 期。
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