环境约束下农业全要素能源效率研究基于sbm-tobit模型-冉启英.pdf
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1、 2017年第1期收稿日期:2016 -10 -28基金项目:国家自然科学基金项目“西部地区节能潜力与实现机制研究”(71463057);新疆维吾尔自治区自然科学基金项目“环境约束下新疆全要素生产率及其影响机理研究”(2016D01C056);新疆高校人文社科重点研究基地重点项目“碳排放约束下区域节能减排潜力评价及预测研究”(010116B03);新疆维吾尔自治区教育厅研究生科研创新项目“西部地区节能潜力预测”(XJGRI2015003);新疆大学世川良一优秀研究生科研项目“农业全要素能源效率及其影响因素研究”(XJU - SYLLF15001)作者简介:冉启英(1980 ),女,重庆人,新疆
2、大学经济与管理学院教授,博士研究生导师,研究方向为资源环境经济政策和世界经济。环境约束下农业全要素能源效率研究:基于SBM - TOBIT模型冉启英a,b ,周辉b(新疆大学a创新管理研究中心;b经济与管理学院,新疆乌鲁木齐 830047)摘要:运用SBM方向性距离函数,测算了2000 -2013年间我国30个省份环境约束下农业全要素能源效率,并采用面板Tobit模型对其影响因素进行了分析。结果表明:考察期内我国农业全要素能源效率均值为0 732,除2004年前后呈现出一定的波动性外,其他年份变动较为平缓,农业全要素能源效率整体偏低;环境约束下我国农业全要素能源效率由东向西依次递减,地区之间差
3、异明显;影响因素中,农业技术水平、农村收入水平、地区农业占比以及农业内部结构对提高农业能源效率有显著的促进作用,而资本深化、能源价格则对农业能源效率有着显著的负效应。依靠科技促进农业现代化,提高农民收入水平,提升农业经济地位,优化农业内部结构,避免农业资本过度深化,建立合理的能源价格形成机制,成为改善农业全要素能源效率的有效途径。关键词:SBM - TOBIT模型;环境约束;农业全要素能源效率中图分类号:F303 4 文献标识码:A 文章编号:1004 -972X(2017)01 -0103 -07农业是国民经济的基础,经过改革开放30多年的发展,我国农业经济虽然取得了巨大成就,但其增长方式仍
4、较为粗放,缺乏可持续性。随着以“石油农业”为代表的现代农业逐步取代传统农业,农业对能源的依赖程度也在不断提高。我国农业能源消费量已由2000年的4233万吨标准煤增加到2013年的8055万吨标准煤,增长了90 29%。在这一过程中,农业机械化虽然在一定程度上提高了农业生产效率,但并未从根本上解决我国农业面临的资源短缺、环境污染以及生态破坏等问题。特别是以原煤、电力以及农用柴油消耗为主的农业生产过程中,不仅高耗能、低效率现象普遍存在,而且也伴随着大量的碳排放,我国农业领域节能减排形势严峻。改进农业能源利用效率不仅是节能减排的有效手段,也是转变农业生产方式和实现农业“集约式”发展的重要途径。一、
5、文献回顾国内外关于能源效率评价大致分为单要素和全要素两类方法。前者只考虑能源投入与经济产出,计算方法简便易于操作,因而早期的研究多采用单要素能源效率指标。在单要素生产率框架下,能源效率的测算忽略了投入要素间的替代效应,不仅会导致能源效率计算的偏误,而且由于对能源效率的定义缺乏统一标准,也会导致各研究之间的差异很大。 Hu和Wang1率先运用DEA模型构造了全要素能源效率指标,对1995 -2002年间我国各区能源效率进行了研究,弥补了单要素能源效率指标的不足。师博和沈坤荣2、韩玉军和王丽3在全要素框架下对我国能源效率进行了考察。随着研究的不断深入,王喜平和姜晔4、张华等5、林伯强和刘泓301万
6、方数据冉启英,周辉:环境约束下农业全要素能源效率研究:基于SBM - TOBIT模型汛6也对环境约束下全要素能源效率进行了深入研究。近年来,行业能源效率成为学者们关注的焦点,但现有研究主要集中在工业领域,对农业能源利用效率的关注则相对较少。李建华和景永平7考察了1978 -2009年间我国农业能源利用效率的变化,发现农村经济结构变动主导了这一时期农业能源利用效率变化。呙小明等8利用1997 - 2008年间省际面板数据分析了机械化进程中农业能源利用效率下降的原因,认为机械化作业水平、劳均产值、农业财政支出以及农业技术人员数量的提高会促进农业能源利用效率的改善,而单纯依靠提高农机总动力会对农业能
7、源效率的提高产生消极作用。栾义君和任杰9运用DEA模型在全要素生产率框架下考察了省际农业全要素能源效率,认为农业全要素能源效率水平总体偏低,区域分布上由东向西依次递减,考察期内整体上呈现出向一个稳态收敛的趋势。冉启英和周辉10结合我国省际面板数据,运用DEA对我国农业全要素能源效率的地区差异及收敛性进行了分析;周辉等11运用DEA测算了我国30个省份2003 -2012年农业全要素能源效率,并运用To-bit模型对其影响因素进行了分析。于伟咏等12基于方向性距离函数测算了碳排放约束下农业全要素能源效率,发现碳强度较低的地区农业能源效率相对较高,考察期内全国及五大区域农业能源效率动态演进趋势由相
8、对集中到逐渐扩散且增长不明显。戴红军等13运用VAR模型、脉冲响应函数以及岭回归等方法考察了要素价格对农业能源效率的影响,发现资本、劳动和能源价格与农业能源利用效率之间存在长期均衡关系,劳动和能源价格上升1%,会促进农业能源效率提高0 364%和0 341%,而资本价格下降1%会使农业能源效率提高0 084%。通过梳理发现,现有农业能源效率研究中,大多采用单要素能源效率指标7 -813,无法考察农业生产中各投入要素之间的替代效应;也有一些研究9 -11采用全要素能源效率评价方法,但却未将农业非期望产出纳入到分析框架中,忽略了能源消费是引起环境污染和CO2排放的重要诱因,这势必会导致对农业能源效
9、率评价失真。值得一提的是,于伟咏等12的研究纳入了环境约束变量,采用CRS径向DEA模型对我国农业全要素能源效率进行了测算和分解,但该文至少在两个方面有待改进:一方面,在径向DEA模型中,期望产出和非期望产出只能同比例地放大或缩小;而非径向方向性距离函数(SBM)则更加灵活,放松了同比例的限制,可见后者与实际更加吻合。另一方面,该文对农业全要素能源效率仅限于测算和分解,缺乏对其影响因素和作用机理的深入分析,因此未能提出具有可操作性的建议。与以往研究不同,本文采用非径向、非角度的SBM方向性距离函数对环境约束下省际农业全要素能源效率进行测算和比较,并运用面板Tobit模型对其影响因素进行分析,揭
10、示变量间作用方向和影响机理,以期为提高农业能源利用效率提供理论参考。二、方法与数据(一)环境技术农业生产过程中,除了产生人们期望的“好”产出外,还会伴随着一定的“坏”产出,如CO2等温室气体。因此,要将非期望产出纳入到分析框架中,需要构造一个既包括“好”产出又包括“坏”产出的生产可能性集,亦被称为环境技术。根据Chung等的假设,环境生产技术集可用p(x)来表示:p(x) = (y,b)x canproduce(y,b),x RN+ (1)p(x)为有界闭集,并且满足3个公理条件 。假设在每个时期t(1, ,T),第k(1, ,K)个观测值得投入产出为(xtk,ytk,btk ),通过数据包络
11、分析(DEA)可以将环境技术集转化为:p(x) = (yt,bt) Kk =1ztkytkm ytm,m = 1, ,M; Kk =1ztkbtki = bti,i =1, ,I; Kk =1ztkxtkn xtn,n =1, ,N; Kk =1ztk =1;ztk 0,k =1, ,K (2)通常模型研究分为规模报酬可变(VRS)和规模报酬不变(CRS)两种,其区别在于考量ztk作为权重变量时,非负权重和是否等于1。若设定非负权重和等于1,则认为是VRS模型;若未设定非负权重和为1的条件,认为是CRS模型。(二)SBM模型经典DEA模型采用的是径向的、角度的测算方法,难以考察“松弛量”的影响
12、效果。 Tone14针对这一问题,将投入及产出松弛量纳入到目标函数中,构建了非径向、非角度的SBM效率评价模型,不仅可以解决由投入松弛而带来的非效率问题,而且也可以解决生产过程所包含的非期望产出问题。本文借鉴Tone的研究,采用包含非期望产出的SBM模型401 Fare(2007)对环境技术集的定义满足3个公理:(1)非期望产出的若处置性;(2)期望产出和非期望产出的零结合性;(3)投入要素和期望产出的自由可处置性。万方数据 2017年第1期对环境约束下农业全要素能源效率进行测算。(三)指标选取与数据来源本文采用2000 -2013年间我国30个省份面板数据(西藏地区数据不可得,故剔除),所选
13、指标涉及两大类:农业投入与农业产出。投入指标涵盖土地、灌溉、劳动力、资本存量、化肥以及能源等;产出指标包括期望产出和非期望产出,指标中所涉价格均折算为2000年不变价。原始数据来源于新中国60年统计资料汇编中国统计年鉴中国国内生产总值核算历史资料(1996 -2002)新中国55年统计资料汇编中国农村统计年鉴中国能源统计年鉴和各地区统计年鉴。各指标的说明如下:1投入指标(1)土地投入(F)。考虑到各地区复种程度、土地闲置弃耕情况不同,本文采用农作物播种面积作为各地区农业土地投入。(2)灌溉投入(W)。目前各省份农业灌溉投入数据不可得,本文采用实际有效灌溉面积衡量农业灌溉投入。(3)劳动力投入(
14、L)。农业劳动力投入指标用第一产业从业人员数来表示,其中黑龙江省2011、2012年数据缺失,但统计资料显示黑龙江省2007 -2010年间第一产业就业比例一直稳定在41 3% 43 7%之间,故取中间值42 5%分别乘以2011、2012年黑龙江省就业人员总数得到相应年份的第一产业从业人员数。(4)资本存量(K)。目前,资本存量的估算多采用永续盘存法(PIM),且对总量和省际资本存量的估算较多,影响较大的有张军等15的研究成果,而对省际农业资本存量的估算研究相对较少,散见于王金田等16、宗振利和廖直东17的研究中。本文借鉴宗振利和廖直东17的研究成果,以其2000年农业资本存量的估算结果为基
15、础更新至2013年,并转化成以2000年为基期的不变价。(5)化肥施用量(C)。各地区化肥投入采用折纯后的年度农业化肥使用量计算,包括氮、磷、钾肥以及复合肥。需要说明的是,虽然化肥本身作为一种高能耗产品属于农业生产中的间接能耗,但在统计时这类间接消耗归入第二产业能源消耗。因此,本文仅将其作为一种有别于能源投入的常规投入要素来处理。(6)能源投入(E)。鉴于地区农业能源消费数据尚不可得,本文参考中国能源统计年鉴的折算系数,将各地区农业能源消费(包括原煤、汽油、柴油、电力等)实物量换算成以标准煤为单位的数值。2产出指标(1)期望产出。采用各省份农林牧渔业总产值作为农业期望产出,并折算成以2000年
16、为基期的不变价。(2)非期望产出。采用农业CO2排放作为非期望产出。值得注意的是农业生产中化肥、农膜、农药、能源消费、土地翻耕等均能产生大量的直接或间接碳排放,但是本文主要关注农业生产中由能源投入带来的直接碳排放。翻耕和秸秆焚烧产生的CO2来源于土壤和植物光合作用的碳汇作用不包括在内;化肥、农膜、农药等造成的间接碳排放也不在本文的考虑范围内。农业碳排放估算公式为:Ci = nj =1Eij j (3)其中,Ci为i省份每年的CO2排放总量;Eij为i省j类能源的消费量;j为j类能源碳排放系数,来源于IPCC国家温室气体排放清单指南;其中,原煤的排放因子采用该清单中各类煤炭缺省排放因子的均值替代
17、18;汽油、柴油碳排放的计算还涉及到两者的密度,本文借鉴已有研究取其平均密度。三、环境约束下农业全要素能源效率测算结果分析根据前文所选择的农业投入和产出指标,本文运用MaxDEA软件对2000 - 2013年间我国各省份环境约束下农业全要素能源效率进行测算,具体结果见表1。从省际层面来看,农业全要素能源效率省际间差异明显。北京、海南、四川考察期内农业全要素能源效率均为1,处在生产前沿面上;此外,上海、江苏、广东等省份诸多年份农业能源效率也都达到了1,考察期内能源效率均值都在0 9以上,属于农业全要素能源效率较高的地区。表现较差的省份则包括山西、陕西、甘肃、宁夏等省,这些省份在考察期内农业全要素
18、能源效率均值都小于0 6;其中山西农业全要素能源效率值最低,在2003 -2012年间能源效率均值仅为0 459。此外,2000年我国有8个省份位于生产前沿面上,而2013年仅有4个省份处在生产前沿面上,这说明样本期内我国农业全要素能源效率出现了恶化,农业全要素能源效率有待进一步提升。从区域层面来看,2000 - 2013年间全国以及东、中、西部三大地区农业全要素能源效率均值分别为0 732、0 859、0 700和0 644,我国农业全要素能501万方数据冉启英,周辉:环境约束下农业全要素能源效率研究:基于SBM - TOBIT模型源效率水平总体偏低,且呈现出明显的“东部最高,中部次之,西部
19、最低”的梯度递减特征。这一结论与于伟咏等12的研究基本一致。一方面,改革开放以来,东部地区凭借着优越的地理位置,通过吸引各生产要素流入、发展外向型经济等途径使得经济迅速发展,在资金、人力资本、技术等方面的积累都较为雄厚;另一方面,同东部地区相比,中、西部地区农业生产条件,如种植土壤、农田水利、道路交通设施等均落后于东部地区,这都使得东部地区在农业能源利用效率上表现更为出色。表1省际农业全要素能源效率测算结果2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2013 2000 -2013东部地区北京1 000 1 000 1 000 1 000 1 000 1 000 1 0
20、00 1 000 1 000天津0 931 0 847 0 850 0 785 0 765 0 763 0 817 0 802 0 822河北0 689 0 654 0 633 0 592 0 602 0 599 0 617 0 606 0 623辽宁1 000 0 937 1 000 0 749 0 776 0 789 0 834 0 810 0 851上海1 000 1 000 0 998 0 772 1 000 1 000 1 000 1 000 0 979江苏0 855 0 862 1 000 1 000 1 000 1 000 0 916 0 874 0 936浙江0 745 0 7
21、49 1 000 0 952 1 000 1 000 0 818 0 752 0 889福建1 000 0 952 0 889 0 741 0 783 0 799 0 793 0 810 0 837山东0 677 0 621 0 736 0 643 0 668 0 677 0 757 0 716 0 681广东1 000 1 000 1 000 1 000 1 000 0 825 0 762 0 743 0 930海南1 000 1 000 1 000 1 000 1 000 1 000 1 000 1 000 1 000东部0 890 0 863 0 909 0 826 0 858 0 84
22、7 0 839 0 819 0 859中部地区山西0 487 0 480 0 519 0 494 0 469 0 418 0 395 0 397 0 459吉林1 000 1 000 1 000 0 814 0 836 0 879 0 898 0 819 0 899黑龙江0 650 0 675 0 680 0 627 0 626 0 630 0 593 0 572 0 633安徽0 751 0 773 0 829 0 830 0 811 0 811 0 759 0 736 0 788江西0 785 0 784 0 840 0 845 0 809 0 887 0 891 0 875 0 828河
23、南0 734 0 704 0 737 0 737 0 723 0 720 0 662 0 697 0 712湖北0 758 0 733 0 835 0 737 0 671 0 626 0 578 0 549 0 688湖南0 765 0 738 0 742 0 714 0 692 0 634 0 581 0 616 0 687中部0 729 0 723 0 761 0 715 0 694 0 683 0 649 0 640 0 700西部地区内蒙古0 698 0 654 0 638 0 623 0 625 0 599 0 592 0 578 0 627广西0 936 0 845 0 934 0
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