基于DEA的江西省采矿业生态效率评价研究
尧志祥 邹晓明
[提 要]江西省从生态文明先行示范区到生态文明试验区，名称的改变，是探索先行先试，走出一条经济发展与生态环境相协调的发展新路。采矿业作为江西省的重要产业，在其发展过程中出现开发利用方式粗放、综合利用率低下、资源浪费严重、环境污染与生态破坏严重等一系列问题，如何处理好这些实际问题将关系到我省矿产资源的可持续发展，最终影响我省扎实推进国家生态文明试验区的建设。本文从生态效率角度出发，筛选出2006-2015年江西省采矿业的投入产出指标时间序列数据，利用DEA方法对江西省采矿业生态效率进行评价研究。结果表明，10年间我省采矿业生态效率总体保持波动增长趋势。其中，纯技术效率和规模效率在不同年份对我省采矿业生态效率有着不同的影响。最后，从可持续发展理念出发，提出一些提高我省采矿业生态效率水平的建议。
[关键词]DEA；江西省；采矿业；生态效率
[作者简介]尧志祥（1992—），男，东华理工大学硕士研究生，研究方向为资源与环境经济；邹晓明（1962—），男，东华理工大学教授，研究方向为资源与环境经济。（江西南昌 330013）
[基金项目]江西省科技厅软科学研究计划“江西省矿山资源开发地质环境生态补偿研究”（201 61ACA10020）、“鄱阳湖生态经济区矿产资源可持续发展研究”（2011BAA10011）；江西省高校人文社科项目“我国铀资源开发利用的矿山地质环境生态补偿研究”（JD1468）；江西省社科规划智库项目“赣南等原中央苏区矿产资源开发生态效率评价与对策研究”（14SKJD28）；东华理工大学2017年研究生创新专项资金资助项目
一、引言
对于人类的生产和生活而言，矿产资源是一种不可或缺的自然资源，在社会经济发展方面起着不可忽视的作用。矿产资源的开发与利用情况对一个国家或地区的经济发展与社会安全产生重大影响，人民的生活和生产活动离不开矿产资源。自改革开放以来，我国经济得到飞速发展，尤其是近十年来，市场对矿产资源及其加工制（成）品的需求也在与日俱增，这就极大地带动了采矿业的发展。根据国家统计局的相关定义，采矿业主要涵盖煤炭开采和洗选业、黑色金属矿采选业、有色金属矿采选业、非金属矿采选业、其他采矿业这五大类。为了不断满足和支持国内经济建设与发展的需要，谋求矿产资源开采带来的暴利，矿业企业加强矿山开发力度和扩大矿产开采规模。在盲目和疯狂的矿产开采利用过程中，一系列的资源浪费与环境污染问题不断产生，如：大量共伴生矿的废弃，无数尾矿废矿的堆积，矿业“三废”的大量排放。这些矿业问题的产生不仅严重影响经济社会的发展，而且极大地破坏了矿区良好自然生态环境。
党的十八大提到，经济建设和生态文明建设作为我国社会主义现代化的主要内容，要注重两者的协调发展。2016年8月中央首批选择生态基础较好、资源环境承载能力较强的福建、贵州和江西为第一批国家生态文明试验区，这对江西省“绿水青山就是金山银山”的发展理念提出了更高的要求。采矿业是当前江西省经济发展的重要性产业，实现矿业绿色生态化发展是我省经济生态文明建设的重点。因此，在经济发展新常态大时代背景下对江西省采矿业生态效率进行相关评价研究以更好地实现矿产资源的可持续发展和矿业的循环经济发展，并从提高江西省采矿业生态效率水平方面助推我省以绿色实践扎实推进国家生态文明试验区的建设，探索出一条经济发展和生态建设相互促进的发展之路，显得意义重大。
生态效率将宏观尺度上的可持续发展目标有效地融入到中低尺度的区域和企业发展规划中，是可持续发展理论在实践中的具体应用，也是建立节约型社会和发展循环经济的有效途径[1]。生态效率（eco-efficiency）最早于1990年由德国学者Schaltegger和Sturm首次提出，并被定义为增加的价值与增加的环境影响的比值[2]。随后，世界可持续工商理事会（WBCSD）将生态效率定义为：通过创造有价格竞争优势的产品和服务来满足人类的需求及提高生活质量，同时将其环境影响和资源利用强度控制在地球的承载力水平之内[3]。该国际组织将生态效率作为实现环境与经济和谐共赢的理念。隨着生态效率概念被广泛地认识和接受，其在许多不同领域和层次都得到了不同程度的应用，范围从单个产品到不同类型企业和行业，最后到城市、区域和国家层面。根据生态效率的本质内涵和实践应用，国内外研究者探索出了许多生态效率评价方法，主要包括：经济/环境单一比值法、能值分析法、物质流分析法、生态足迹法和数据包络分析法等一系列评价分析方法。
2009年Y.Barba-Gutierrez和B.Adenso-Diaz等学者，采用DEA分析方法对电子与电器设备这类产品的生态效率进行不同方面的评价分析[4]；2015年Susila Munisamya 和Behrouz Arabib，通过使用松弛变量衡量生产前沿面上的Malmquist-Luenberger生产力指数，进而观察发电厂的生态效率变化情况[5]；2001年Charmondusit和Keartpakpraek将泰国Map Ta Phut工业园区的石油化工企业分为上中下游三大类，并对其进行生态效率评价分析[6]；2015年李健等人使用非参数距离函数评价2007-2011年我国30个省份的生态效率，并利用Malmquist指数对生态效率做出动态分析[7]；2016年孙欣等人通过区域生态效率的投入产出指标体系的构建和基于Malmquist-Luenberger指数法的超效率DEA模型的采用，对2003-2013年长江经济带及上中下游的生态效率进行动态分析，并测算了生态效率差异性及收敛性[8]；2012年刘巍等人基于生态效率理论和DEA方法，应用非期望产出作投入法和取倒数法、方向距离函数法和基于松弛测度的SBM四种不同的模型，研究24家综合类国家生态工业示范园区2010年的生态效率[9]。
综上，在许多生态效率评价方法中，相比于其他评价方法，数据包络分析方法有着显著的优势。最早DEA方法因其能够对一些不能价格化及难以被确定权重的指标进行相对有效性分析而在公共部门及非盈利组织的绩效评价方面得到普遍的应用。DEA方法可以有效用于生态效率的评价分析，这是因为该方法不仅能够很好地解释多种指标间相互替代的可能性，而且运用统计学方法自动赋权来有效避免环境指标人为主观赋权带来的影响。
二、评价模型与变量选择
（一）评价方法与模型的建立
1978年著名运筹学家A.Charnes和W.W.Cooper等人提出的评价生态效率的重要非参数方法——数据包络分析方法（DEA）。该方法是一种由数学、运筹学、数理经济学和管理科学等多门学科相互交叉的数据处理分析方法。此外DEA方法在实践中得到不断发展和应用，由此产生了不同类型的模型，主要包括C2R、BC2、ST、FG、C2GS2、C2W等众多模型[10]。本文选用基于规模报酬不变的CCR模型和基于规模报酬变动的BCC模型对江西省采矿业的技术效率、综合效率、纯技术效率和规模效应进行比较和综合分析。这种非参数方法主要是通过保持决策单元（DMU）的输入或者输出不变，借助于数学规划和统计数据确定相对有效的生产前沿面，将各个决策单元投影到DEA的生产前沿面上，并通过比较决策单元偏离DEA前沿面的程度来评价它们的相对有效性[11]。
假定有n个决策单元，且每个决策单元都有m种类型的输入和s种类型输出，Xj=（X1j，X2j，X3j…，Xmj）T和Yj=（Y1j，Y2j，Y3j…，Ysj）T分别表示第j（j=1，2，…n）个决策单元DMUj的输入向量和输出向量，权系数V=（V1，V2，…，Vm）T和U=（U1，U2，…，Us）T分别为m种输入和s种输出对应的权向量，其中Xij，Yrj，vi，ur箖0，i=1，2，…，m，r=1，2，…，s，j=1，2，…，n，则对每个决策单元都有相应的效率评价指数：
H■=■
总可以适当选取u，v，使其满足hj≤1，j=1，2，…，n，构成评价DMUj0优化CCR模型：
（D■C■R）max■=h■■■≤1，j=1，2，…，nV=（V■，V■，…，V■）■≥0
u=（u■，u■，…，u■）■≥0
其中，第j0个决策单元DMUj0的输入、输出数据向量记为：X0=Xj0，Y0=Yj0。利用Charnes-Cooper变换和对偶规划理论，在上述分式中引入松弛变量则可将其转化为线性规划问题：
（D■C■R）min[θ-ε（■■s+■■s■]■X■？姿■+s■=？兹x■■Y■？姿■+s■=Y■■？姿■=1？姿≥0，j=1，2，…，ns■？叟0，s■？叟0
其中，Xj、Yj分别为决策单元DMUj的投入和产出要素集；λj代表现行组合构造一个有效的DMUj时，第j个DMU的组合比例，θ为DMUj离有效前沿面的径向优化量，在本文中指的是江西省采矿业生态效率，θ越接近1表示矿产资源开发越合理。S-与S+为松弛变量，非零的S-与S+使无效DMUj沿水平或垂直方向延伸达到有效前沿面。若θ=1且S-=S+=0时，称DMUj为DEA有效；若θ=1且S-0或S+0时，称DMUj为DEA弱有效；若θ<0时，称DMUj为DEA无效。类似地得到基于规模报酬可变的BCC模型[12]，如下：
（P■BC■）max（u■y■-u■）
w■x■-u■y■+u■≥0，j=1，…，n
w■x■=1
w≥0，u≥0，u0无限制
（二）指标选取与数据来源
生态效率的本质是在资源消耗和环境破坏最小化的代价下获取最大的经济价值，因此合理选取采矿业的投入产出指标是准确地评价江西省采矿业生态效率的基础和关键。本文借鉴国内外关于矿业生态效率的最新研究成果以及矿业生态效率的相关定义，结合DEA分析方法的基本原理及其对指标数据的要求，遵循指标选取的系统性、科学性、相对独立性和可操作性等一系列准则，从矿业生态与经济协调发展的角度出发，构建江西省采矿业生态效率的评价指标体系。体系构建过程中把矿业的资源消耗量作为投入指标，矿业环境污染物排放量和经济效益作为产出指标，其中环境污染物排放量是一种非期望产出，而经济效益是矿业活动的期望产出。
考虑到当前江西省矿产资源开发活动中普遍存在高消耗、高污染、高排放的“三高”粗放型生产方式，故投入指标方面选取矿业固定资产投资、矿业从业人数、矿业能源消耗总量、矿业用水总量这四种指标变量，这些指标能够反映矿产资源开发的发展与规模及投入资金情况。而产出指标选取方面，要考虑到两个方面的因素，一个是期望产出即正真意义上的效益产出，另一个则是非期望产出，这类产出是在矿业开发活动过程中伴随产生的一种对生态环境有害的產出。关于期望产出指标，本文结合矿业开发活动的实际情况选取矿业总产值、矿业主营业务收入这两种经济收益型指标，这类指标的数值在投入成本一定条件下越大越好；而非期望产出指标则考虑选取矿业开发活动过程中不可避免产生的“三废”污染物排放量，即矿业废水排放量、矿业废气排放量、矿业固体废物产生量，这些污染物指标均能有效地反映矿业开发活动对当地生态环境带来的影响。具体指标体系如表1所示。
本文研究所用数据均来自历年《江西省统计年鉴》和《江西省环境统计年报》。经计算整理形成2006-2015年连续十年江西省采矿业生态效率投入产出的时间序列数据。需要指出的是矿业固定资产投资、矿业总产值、矿业主营业务收入这类经济型指标在不同时期有不同的统计起点，据江西省统计局介绍，1995-1996年，经济类指标统计的起点为工业规模投资5万元及以上；自1997年起，起点由5万元提高到50万元及以上；自2011年起，经济类指标统计的起点由工业规模投资50万元提高至500万元及以上。为便于比较，2010年调整为500万元以上起点数。
在进行实证分析前，有必需要对各项指标间的相关性进行计算，以验证所选取指标的合理性与代表性。依据数据包络分析方法选取指标的相关原则，要求输入与输出指标间的相关性越高越好。应用SPSS22.0计算得到的输入输出指标间的相关性检验结果，具体如表2所示。
从2表中可以看出，输出指标矿业总产值、矿业主营业务收入和各输入指标间的相关性是比较大的，相关系数分别在0.688-0.958和0.610-0.967之间。而这两个输出指标之间相关性很大，毕竟这两类指标都是经济效益型指标，但因如矿业总产量这类输出指标几乎没有详尽的统计，对此仍保留矿业主营业务收入类指标。输入指标间的相关性总体偏小，只有矿业用水总量、矿业废水排放量这两个指标与其他输入指标之间的相关性较大，考虑到这两个指标是矿业生态效率的主要体现，故本文仍保留。
在DEA方法中，要求所选取决策单元的数量应控制在投入指标个数与产出指标个数的乘积的两倍以上，以确保数据分析的可靠性。因在本文中仅涉及10个决策单元和9个评价指标，没有达到相应要求，另外不同指标间不同单位对数据也会产生影响，因此需要对选取的指标数据进行压缩优化处理。
首先使用0-1标准化法，利用SPSS22.0软件对原始指标数据进行线性变化计算，得到标准化处理后的数据，具体如表3所示。然后应用熵权法将期望输出指标（矿业总产值、矿业主营业务收入）转化成为经济产出综合指标，将输入指标（矿业固定资产投资、矿业从业人数、矿业能源消耗总量和矿业用水总量）转化为资源消耗综合指标，将非期望输出指标（矿业废水排放量、矿业废气排放量和矿业固体废物产生量）转化为环境污染综合指标，利用MATLAB7.0软件计算得到表4。
三、实证结果分析
通过运用数据包络分析软件DEAP2.1，将整理优化后形成的江西省2006-2015连续十年的采矿业相关指标数据导入求解后，得到江西省采矿业生态效率的计算结果，具体如表5所示。
本文BCC模型中以综合效率来反映江西省采矿业的生态效率，它等于纯技术效率和规模效率的乘积。因此我省采矿业生态效率的水平高低将由其纯技术效率和规模效率两者的大小决定。其中纯技术效率是指我省矿山企业的综合管理能力和生产技术水平的高低所产生的生态效率的变化，规模效率代表采矿业的发展规模对生态效率的影响[13]。
从表5中可以看出，仅2010、2011和2014年这三年综合生态效率值为1，技术效率、纯技术效率和规模效率均达到有效状态，且规模报酬处于不变状态，生态效率都在最优生产前沿面上。其他年份的生态效率均未达到DEA有效，说明在其他年份中，江西省采矿业的投入资源没有得到有效的利用，对于投入而言相应的期望产出没有达到最大。2006、2008和2009及2015年的结果比较特殊，四年采矿业的纯技术效率达到有效，但其规模效率却小于1，说明这四年对于采矿业的技术效率而言没有投入需要减少，也没有产出需要增加，采矿业的综合效率是因为其规模和投入、产出不相匹配而没有达到有效，此时仅2015年的规模报酬是递减的，故需要适应性地缩小我省采矿业的规模。总体来看，近10年江西省采矿业开发的生态效率水平变化幅度不算很大，生态效率值大部分集中在0.60-0.98之间，生态效率值为1或者在0.85以上、0.70到0.85之间和0.70以下的占总样本的比例依次为50%、30%和20%，整体矿业开发生态效率水平未实现DEA有效。
四、结论
根据上述实证分析结果，可知：1.我省矿山企业在矿产资源开发利用技术改进和经营管理效率提升方面都取得一定的进步，有利于逐步提高我省采矿业的生态效率水平；2.在过去很长一段时期内，我省采矿业生产规模的扩大是其生态效率水平不断提高的重要因素，但近年来，随着我省中小型个体私营采矿企业盲目粗放地扩大生产规模，导致资源的虚耗、生态环境的破坏，影响该行业经济效益的增长和生态效率水平的提高；3.调查收集的相关数据显示，近10年我省采矿业发展的过程中，除矿业能源消耗总量在不断减少外，矿业用水总量和非期望产出的矿业“三废”排放量却在不断增长，与高效清洁生产和低碳循环经济、可持续发展的要求相违背，将不利于我省后期生态环境问题的改善，最终影响我省以绿色实践扎实推进国家生态文明试验区的建设。
强化矿产资源综合利用技术研发与创新，提高矿业的经营管理效率，大力推行矿业清洁生产和发展低碳循环经济才是实现我省矿业可持续发展的关键。因此，引导和扶持矿山企业向效能型、规模化方向发展，减少盲目扩张带来的经济损失和生态环境破坏，对我省矿业规模结构进行调整，整合矿业资源，实现我省矿业规模化、专业化、大中小协调发展。在矿产资源开发活动中，要努力做到将提高资源利用程度与降低生态环境破坏相结合。推行清洁生产，发展循环经济，依靠技术创新提高矿业综合利用率，减少资源的严重浪费，减轻矿业活动带来的环境污染和生态破坏，改变以往传统的粗放低效开发利用方式，以提高我省矿业生态效率水平，实现我省矿业的可持续发展，走出一条我省独特的经济发展与生态环境相协调的矿业发展新路，助推美麗中国“江西样板”的打造，实现“十三五”期间江西省生态文明先行示范区的基本建成。
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[责任编辑：朱晨光]
