中國(guó)區(qū)域大氣環(huán)境承載力DEA評(píng)價(jià)

宋 宇

(河南農(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，河南鄭州450002)

大氣環(huán)境承載力具有自然與社會(huì)雙重屬性.根據(jù)大氣環(huán)境承載力的雙重屬性，區(qū)域大氣環(huán)境承載力評(píng)價(jià)研究的目標(biāo)分為2個(gè)層次:從自然屬性上講，研究環(huán)境對(duì)經(jīng)濟(jì)已支撐到何種程度;從社會(huì)屬性上講，研究環(huán)境對(duì)經(jīng)濟(jì)還有多大支撐潛力，如何進(jìn)一步提升承載力，最終為經(jīng)濟(jì)發(fā)展決策提供參考，引導(dǎo)經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變［1～3］.但是，近年來相關(guān)研究主要集中在對(duì)承載力自然屬性的探討方面，將環(huán)境容量與承載力相混淆，片面強(qiáng)調(diào)環(huán)境容量的剛性約束，而忽略環(huán)境承載力的彈性特征，未能真正體現(xiàn)環(huán)境對(duì)經(jīng)濟(jì)的支撐能力［4～9］.事實(shí)上，經(jīng)濟(jì)發(fā)展一方面受到環(huán)境容量的制約，另一方面還可以通過技術(shù)進(jìn)步、結(jié)構(gòu)調(diào)整、布局優(yōu)化進(jìn)一步提升環(huán)境承載力，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境容量的協(xié)調(diào)［10～13］.因此，大氣環(huán)境承載力研究應(yīng)將承載力的自然屬性與社會(huì)屬性相結(jié)合，不僅從環(huán)境角度為經(jīng)濟(jì)發(fā)展布局提供依據(jù)，更應(yīng)注重環(huán)境與經(jīng)濟(jì)之間的協(xié)調(diào)關(guān)系，為探尋經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變的路徑提供參考，并提出提升承載能力以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展布局的指導(dǎo)性建議.本研究運(yùn)用DEA方法對(duì)全國(guó)27個(gè)省(區(qū))市的火電、水泥、鋼鐵3個(gè)重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)進(jìn)行比較分析、綜合評(píng)價(jià)，并將評(píng)價(jià)與優(yōu)化相結(jié)合，從現(xiàn)狀承載力、承載潛力、產(chǎn)業(yè)布局優(yōu)化3個(gè)層次提出27個(gè)省(區(qū))市、3個(gè)產(chǎn)業(yè)的承載力提升及優(yōu)化方案.

1 大氣環(huán)境承載力DEA評(píng)價(jià)方法

數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法(Data Envelopment Analysis，DEA)由美國(guó)著名的運(yùn)籌學(xué)家查恩斯 (Charnes)等于1978年首先提出的，之后由他們和魏權(quán)齡教授進(jìn)一步完善，是用來評(píng)價(jià)具有多種輸入和產(chǎn)出的部門或單位(稱為決策單元，DMU)的相對(duì)有效性的一種運(yùn)籌學(xué)方法［14］.本研究采用 DEA對(duì)大氣環(huán)境相對(duì)承載力進(jìn)行了計(jì)算和評(píng)價(jià).

DEA中的C2R模型是用來評(píng)價(jià)部門“技術(shù)有效”和“規(guī)模有效”的模型.假設(shè)有n個(gè)參加評(píng)比的部門或單位(DMU)，每個(gè)部門有m種輸入和s種輸出.C2R的分式規(guī)劃問題模型為:

式中:xij為第j個(gè)決策單元對(duì)第i種輸入的數(shù)據(jù)，xij＞0;Yrj為第j個(gè)決策單元對(duì)第r種輸出的數(shù)據(jù)，Yrj＞0;Vi為對(duì)第i種輸入的1種度量(或稱權(quán)重);Ur為對(duì)第r種輸入的1種度量(或稱權(quán)重);i=1，2，…，m;r=1，2，…，s;j=1，2，…，n.

為了方便求解判斷，引入非阿基米德無窮小量(其中ε＞0是比任何大于0的量都要小的量)，得到具有阿基米德無窮小參數(shù)的C2R模型為:

式中:e，eT分別為分量為1的m維和s維列向量.對(duì)于C2R模型，可利用單純型法求解.若C2R模型的最優(yōu)解為s－1=s－2=s+1=0，則當(dāng)θ=1時(shí)并且s－=s+=0時(shí)，決策單元jo為DEA有效，其形成的有效前沿面為規(guī)模收益不變，且DMU為規(guī)模且技術(shù)有效;θ=1時(shí)并且s－≠s+≠0時(shí)，決策單元jo為弱DEA 有效;當(dāng) θ＜1時(shí)，則技術(shù)無效［14］.

大氣環(huán)境承載力評(píng)價(jià)按照現(xiàn)狀承載力、承載潛力、基于承載力評(píng)價(jià)的經(jīng)濟(jì)布局優(yōu)化3個(gè)步驟進(jìn)行.首先，運(yùn)用DEA模型分析27個(gè)省(區(qū))市的現(xiàn)狀承載力.然后，將現(xiàn)狀排放量指標(biāo)替換為環(huán)境容量數(shù)據(jù)(環(huán)境容量數(shù)據(jù)用大氣環(huán)境污染排放總量控制目標(biāo)值代替)，核算出理想承載力，再通過現(xiàn)狀承載力與理想承載力之間的比較評(píng)價(jià)27個(gè)省(區(qū))市的承載潛力.最后，根據(jù)DEA評(píng)價(jià)結(jié)果，明確區(qū)域之間的差距狀況，同時(shí)，根據(jù)DEA模型的改進(jìn)建議提出火電、水泥、鋼鐵產(chǎn)業(yè)的布局優(yōu)化方案.

2 指標(biāo)選擇與數(shù)據(jù)來源

大氣環(huán)境承載力的評(píng)價(jià)指標(biāo)可歸納為發(fā)展指標(biāo)(經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出)與限制指標(biāo)(污染代價(jià)).發(fā)展指標(biāo)為產(chǎn)出變量，即GDP、火電、鋼鐵、水泥3個(gè)行業(yè)產(chǎn)量;限制指標(biāo)為投入變量，即SO2排放量.

選取2009年27個(gè)省級(jí)行政區(qū)大氣環(huán)境污染排放數(shù)據(jù)，運(yùn)用DEA方法對(duì)大氣環(huán)境承載力進(jìn)行了計(jì)算和評(píng)價(jià).選取的輸入和輸出指標(biāo)數(shù)據(jù)見表1.

表1 2009年各省火電、水泥、鋼鐵行業(yè)產(chǎn)量及SO2排放數(shù)據(jù)Table 1 Yield and SO2emission of industry of thermal power，cement and iron in 27 provinces in 2009

續(xù)表 Continuing table

3 評(píng)價(jià)結(jié)果與布局優(yōu)化

根據(jù)分析過程，評(píng)價(jià)結(jié)果分為現(xiàn)狀承載力評(píng)價(jià)、承載潛力評(píng)價(jià)、經(jīng)濟(jì)布局優(yōu)化3個(gè)部分，分別解決目前承載到什么程度，還有多少承載潛力，將來應(yīng)如何配置資源以提高承載力.因此，現(xiàn)狀承載力反映的是在當(dāng)前技術(shù)水平與排放狀況下的承載能力，承載潛力指的是現(xiàn)狀承載力與理想承載力之間進(jìn)行比較的結(jié)果，經(jīng)濟(jì)布局優(yōu)化則是在綜合考慮承載力評(píng)價(jià)結(jié)果與DEA模型改進(jìn)建議之后的方案.

3.1 現(xiàn)狀承載力評(píng)價(jià)

利用Frontier軟件進(jìn)行模型參數(shù)計(jì)算，得出評(píng)價(jià)結(jié)果，見表2.

從表2的評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)2009年27個(gè)省(區(qū))市的大氣環(huán)境承載能力進(jìn)行分析，27個(gè)省(區(qū))市的大氣環(huán)境承載力差異很大，承載力指數(shù)最低達(dá)到了0.263，同時(shí)，北京、天津和河北的承載力指數(shù)為1.數(shù)據(jù)表明，北京、天津、河北的評(píng)價(jià)結(jié)果是DEA有效，即大氣環(huán)境投入與社會(huì)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出達(dá)到了相對(duì)的狀態(tài)，技術(shù)和規(guī)模效益都有效.表2中評(píng)價(jià)得分較低的省份說明，在付出一定大氣環(huán)境污染代價(jià)的情況下，所得到的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出沒有達(dá)到最佳狀態(tài).這一評(píng)價(jià)結(jié)果與當(dāng)?shù)氐拇髿猸h(huán)境污染狀況也是相符的.

表2 2009年27省(區(qū))市大氣環(huán)境承載力DEA評(píng)價(jià)結(jié)果Table 2 Result of DEA evaluation of air environment carrying capacity of 27 provinces in 2009

3.2 承載潛力評(píng)價(jià)

承載潛力根據(jù)現(xiàn)狀承載力與理想承載力的比較進(jìn)行評(píng)價(jià).由于各地區(qū)SO2的現(xiàn)實(shí)排放量均小于其總量控制目標(biāo)，因此，如果理想承載力大于現(xiàn)狀承載力，說明該地區(qū)即使在進(jìn)一步增加排放量的情況下仍能保持較高的效率，則該地區(qū)有較大潛力;反之，如果現(xiàn)狀承載力大于理想承載力，說明該地區(qū)在進(jìn)一步增加排放量的情況下效率降低，則該地區(qū)潛力不大.對(duì)于現(xiàn)狀承載力與理想承載力相等的地區(qū)，可以認(rèn)為這些地區(qū)的大氣環(huán)境承載水平到了一種較均衡的狀態(tài)，只需保持這種狀態(tài)即可.

鑒于當(dāng)前中國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展的態(tài)勢(shì)，所有省份都在大力推進(jìn)“三化”建設(shè).因此，環(huán)保建議應(yīng)注重對(duì)現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)意義，將評(píng)價(jià)結(jié)果分為5個(gè)級(jí)別，以“*”號(hào)表示，5個(gè)“*”為最高級(jí)別，表示潛力最大，依次類推，潛力逐級(jí)遞減，1個(gè)“*”為最低級(jí)別.1個(gè)“*”的最低級(jí)別盡管潛力較小，但仍然可以通過技術(shù)升級(jí)、結(jié)構(gòu)調(diào)整、布局優(yōu)化等手段轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式，依據(jù)承載力適度發(fā)展.承載潛力評(píng)價(jià)結(jié)果見表3.

表3 2009年27省(區(qū))市大氣環(huán)境承載潛力評(píng)價(jià)結(jié)果Table 3 Result of evaluation of air environment carrying potential capacity of 27 provinces in 2009

由表3可知，評(píng)價(jià)級(jí)別為5個(gè)“*”的是廣東、江蘇、青海3個(gè)省份;評(píng)價(jià)級(jí)別為4個(gè)“*”的是山東、河南、浙江等17個(gè)省份;評(píng)價(jià)級(jí)別為3個(gè)“*”的是北京、天津、河北3個(gè)省市;評(píng)價(jià)級(jí)別為2個(gè)“*”的是湖南、重慶、甘肅3個(gè)省份;評(píng)價(jià)級(jí)別為1個(gè)“*”的是貴州.

3.3 經(jīng)濟(jì)布局優(yōu)化

在經(jīng)濟(jì)布局優(yōu)化時(shí)，運(yùn)用DEA模型的效率改進(jìn)結(jié)果，即對(duì)27個(gè)省(區(qū))市的3個(gè)重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)模的指導(dǎo)建議值，結(jié)合地區(qū)承載力狀況與產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r，將其轉(zhuǎn)化為定性指標(biāo)對(duì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展?jié)摿M(jìn)行評(píng)價(jià)(表4)，為經(jīng)濟(jì)布局優(yōu)化提供參考.

由表2～4可知，27個(gè)省(區(qū))市中火電、水泥、鋼鐵3個(gè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?jié)摿?，從區(qū)域上看，分為3類，即適當(dāng)發(fā)展類、保持發(fā)展類和重點(diǎn)發(fā)展類.評(píng)價(jià)級(jí)別為5個(gè)“*”的廣東、江蘇、青海3省、評(píng)價(jià)級(jí)別為2個(gè)“*”的湖南、重慶、甘肅3個(gè)省份以及評(píng)價(jià)級(jí)別為1個(gè)“*”的貴州屬于適當(dāng)發(fā)展類，其中5個(gè)“*”的地區(qū)承載潛力挖掘到最佳水平，不再以火電、水泥、鋼鐵等“兩高一資”產(chǎn)業(yè)為主導(dǎo)，已經(jīng)向IT等新興產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)變，而2個(gè)“*”、1個(gè)“*”的地區(qū)承載潛力有限，主要分布在西部經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)，因此以上地區(qū)中的火電、水泥、鋼鐵3大產(chǎn)業(yè)都需要適度發(fā)展;評(píng)價(jià)級(jí)別為3個(gè)“*”的北京、天津、河北3省市屬于保持發(fā)展類，這些地區(qū)的承載潛力已被挖掘，屬于經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，對(duì)3大產(chǎn)業(yè)依賴性較小，需保持現(xiàn)有水平;評(píng)價(jià)級(jí)別為4個(gè)“*”的山東、河南、浙江等17個(gè)省份為重點(diǎn)發(fā)展類，是3大產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)區(qū)域，這些地區(qū)承載潛力大，資源、技術(shù)優(yōu)勢(shì)較強(qiáng)，產(chǎn)量還有較大的增長(zhǎng)空間，需進(jìn)一步提升承載力.從產(chǎn)業(yè)上看，火電產(chǎn)業(yè)的重點(diǎn)發(fā)展地區(qū)是河南、四川、湖南、江西;水泥產(chǎn)業(yè)的重點(diǎn)發(fā)展地區(qū)是山西、貴州、甘肅、內(nèi)蒙古;鋼鐵產(chǎn)業(yè)的重點(diǎn)發(fā)展地區(qū)是浙江、河南、四川、福建.

表4 2009年27省(區(qū))市火電、水泥、鋼鐵3個(gè)產(chǎn)業(yè)布局優(yōu)化結(jié)果Table 4 Optimization of layout of industry of thermal power，cement，and iron in 2009

4 結(jié)論與建議

研究表明，27個(gè)省(區(qū))市現(xiàn)狀承載力大部分處在可載水平，北京、天津和河北3地承載能力最強(qiáng)，新疆等地承載力較弱，這與當(dāng)?shù)氐拇髿猸h(huán)境污染狀況基本相符.從承載潛力來看，27個(gè)省(區(qū))市可分為3種類型，即適當(dāng)發(fā)展類、保持發(fā)展類和重點(diǎn)發(fā)展類，前2種類型潛力較大，可承載更大規(guī)模的經(jīng)濟(jì)發(fā)展.從經(jīng)濟(jì)布局看，火電、水泥、鋼鐵3個(gè)產(chǎn)業(yè)在重點(diǎn)發(fā)展類有較大的規(guī)模增長(zhǎng)空間.

根據(jù)以上結(jié)論，建議適當(dāng)發(fā)展類在現(xiàn)有水平基礎(chǔ)上，根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況適度發(fā)展;保持發(fā)展類多屬于經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，建議保持現(xiàn)有發(fā)展勢(shì)頭;重點(diǎn)發(fā)展類需進(jìn)一步提升技術(shù)水平、優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、提高資源效率，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變，在保持經(jīng)濟(jì)發(fā)展勢(shì)頭的同時(shí)提高大氣環(huán)境承載力.

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