中國工業用水效率的空間差異及驅動機制

姬志恒 于 偉

（山東財經大學工商管理學院，濟南 250014）

引 言

在水資源匱乏、工業用水量具有剛性特征和環境約束趨緊的背景下，探索能夠實現資源、經濟、環境、生態和諧發展的工業水資源綠色集約化利用方式，即提高工業用水效率，是落實創新發展和綠色發展理念的必要舉措，同時也是推動工業經濟乃至整個國民經濟高質量發展的重要途徑。聚焦工業用水效率問題，學者們在科學測度基礎上對其空間格局、影響因素和提升方略進行了探究。針對工業用水效率測度，既有研究從單位工業產值用水量等單一指標過渡到多種投入要素和產出的綜合測量，廢水排放（非期望產出）被納入考察，更加符合工業水經濟運行實際，前沿生產函數法中的數據包絡分析（DEA）日漸成為主流。效率測度結果顯示，納入水污染因素后的我國工業用水效率普遍較低，特別是污水處理效率存在較大改善空間[1-3]，工業用水量的提升對水資源整體效率形成下行壓力[4]?？臻g特征研究顯示，由于各地區水資源稟賦和技術水平等的不同，工業用水效率存在空間異質格局，中、西部分地區陷入了 “低水平陷阱”[5，6]； 工業用水效率空間差異源自影響因素在不同區域的差異化作用。針對中國工業用水效率影響因素，工業結構、開放度、科技創新能力、工業規模、產業集聚、政府環境規制等多被納入實證分析[7-10]。提升工業用水效率的相關對策包括樹立以生態修復和循環利用為核心的治水用水理念；實施 “以水定產”的產業政策；科學制定分行業用水定額指標體系，優化用水結構，推進產業升級；鼓勵工業用水循環和產業布局調整；探索水資源節約和集約利用的技術和模式；因地制宜制定節水控污管理制度和措施[11-14]。

既有研究在以下幾方面仍存在可拓展之處：（1）工業水經濟運行存在 “生產”和 “治理”多階段網絡化特征，需要進一步融入網絡DEA模型思路將非期望產出、有效決策單元再排序和工業水經濟運行的階段性特征綜合納入考察；（2）中國工業用水效率空間差異及演變有待于進一步精確測度，這有助于為靶向提升中國工業用水效率提供支撐；（3）需要就中國工業用水效率的驅動機制進行深入分析，特別是分析區域異質性驅動機制。為此，本研究運用考慮非期望產出的網絡超效率EBM-Malmquist模型測度工業用水效率，利用Dagum基尼系數刻畫中國工業用水效率地區差異，利用回歸模型探究中國工業用水效率影響因素在全域內部和不同區域的異質性作用。研究有助于更好的明確中國工業用水效率的空間差異特征及其成因，進而為提升中國工業用水效率提供啟示。

1 研究方法、變量說明和數據來源

1.1 研究方法

1.1.1 考慮非期望產出的網絡超效率 EBMMalmquist模型

本研究依據工業用水運行的實際特征將工業用水分為 “生產”和 “治理”兩個階段，將考慮非期望產出的網絡超效率EBM模型和Malmquist指數相結合考察工業用水效率。其中，網絡超效率EBM模型是對單階段超效率EBM模型的改進，彌補了后者只設定單層結構從而將系統內部視作“黑箱”的缺點。對于納入非期望產出且包含多個生產階段的超效率EBM模型，分別用表示各階段投入、期望產出和非期望產出；用表示對應階段的中間產出；為第k個階段對應的強度矢量。 在規模報酬不變情況下，可將被評價單元DMU0效率評價模型的分式規劃形式表示為式（1）。r?為被評價單元DMU0的綜合效率，為子階段效率，Wh指代第h階段權重且有∑Wh＝1。本研究設定工業用水 “生產”和 “治理”兩階段同等重要，權重均為1／2。顯然，對多階段超效率EBM模型而言，當且僅當各階段均有效時，決策單元才能整體有效。

1.1.2 Dagum基尼系數及其分解

本研究采用Dagum基尼系數探究中國工業用水效率空間差異及其來源。Dagum基尼系數計算方法見式（2）。等式左側G為總體基尼系數，右側中yji（yhr）為第j（h）組內省域i（r）工業用水效率；μ表示考察省域工業用水效率加權均值（本研究權重為工業增加值）；nj（nh）為第j（h）組內部省域數量。本研究沿用國家統計局口徑將全部考察省域分為4組（地區），即東部、中部、西部和東北。Dagum基尼系數可分解為組內差異貢獻Gw、組間差異貢獻Grb和超變密度貢獻Gt，各部分計算方式略。

1.1.3 Kernel密度估計

作為非參數估計方法，Kernel密度估計采用平滑核函數作為權重對樣本數據的概率密度曲線進行擬合，刻畫出變量的分布位置、分布態勢、極化趨勢和分布延展性等。設變量X的密度函數為f（x），點x密度函數由式（3）估計，其中N、Xi和K（x）分別為觀測值個數、獨立同分布觀測值和核函數。本研究采用Gaussian核函數分析全國及四地區工業用水效率的分布形態，其表達式見式（4）。h為帶寬，從提高估計精度出發一般選擇較小帶寬。

1.1.4 驅動機制模型設定

本研究構建如式（5）所示模型分析工業用水效率（IWUE）驅動機制。等式右側解釋變量中，pcw、ist、tec、mar、ope和reg分別指代省域人水稟賦、工業結構、科技創新能力、市場化程度、開放度和環境規制強度，α0、γi、εt和eit依次指代截距項、個體效應、時間效應和隨機干擾項。研究變量均取對數處理旨在減小異方差和波動影響。

1.2 變量說明和數據來源

依據工業水經濟運行實際和全要素用水效率理念，工業用水 “生產”階段投入要素為工業企業資產、從業人員數和工業用水量，期望產出為工業企業產值，非期望產出為工業廢水排放量；“治理”階段投入要素為生產階段的 “非期望產出”和工業廢水污染治理完成投資額，期望產出為工業廢水治理設施處理能力。本研究空間尺度為省域（省、自治區、直轄市），因數據可得原因，研究范圍不含港澳臺和西藏。相關數據均取自國家和省域統計年鑒，考察年度為2011～2020年。其中工業企業相關指標通過國有控股工業企業、私營工業企業、外商及港澳臺商投資工業企業相關指標數據匯總得到，趨勢分析顯示2020年受新冠肺炎疫情影響，工業企業相關經濟指標增幅放緩。各經濟數據均進行了消脹處理，個別缺失值通過插值法或趨勢外推得出。工業廢水污染治理完成投資額數據均依據永續盤存法計算得出。

式（5）中人水稟賦、工業結構、科技創新能力、市場化程度、開放度和環境規制強度分別通過省域人均水資源量、規模以上企業產值占工業增加值比重、萬人人均專利授權數、個體和私營從業人員數占就業人口比重、經營單位所在地進出口總額（年均匯率）除以GDP和構建污染物規制強度指數加以測度，原始數據取自 《中國統計年鑒》。

2 結果分析

2.1 中國工業用水效率典型事實

圖1直觀顯示考察期內各省域工業用水效率以及 “生產”和 “治理”階段效率均值（省域年度評價值備索）。時序特征顯示考察期內大部分省域工業用水效率均保持波動增長態勢。八大區域尺度下西南和西北保持了較高增幅，新疆、貴州和陜西等省域增幅居前；分解研究顯示考察期內生產技術變化較技術效率變化對工業用水效率貢獻更為明顯，“治理”階段效率較 “生產”階段對工業用水效率貢獻更為明顯，提升技術水平和治污效率是提高工業用水效率的重點方向?？疾炱趦雀魇∮蛴盟?“生產”效率均有所提升，其中江蘇、廣東和北京用水 “生產”效率增幅居前；省域工業用水 “治理”效率變動方向則存在差異，其中新疆和云南用水 “治理”效率增幅居前?？臻g特征顯示我國工業用水效率的空間差異明顯。2011年、2016年和2020年省域工業用水效率評價值的變異系數（CV）依次為0.201、0.231和0.271，期末和期中較期初有擴大趨勢。進一步測算顯示，考察期內省域工業用水 “生產”和 “治理”兩階段效率評價值均值的變異系數（CV）分別為0.131和0.230，省域間 “治理”階段效率評價值差異更為明顯。圖2基于各省域工業用水 “生產”和“治理”階段效率均值為軸（圖中虛線）刻畫了各省域的相對坐標位置。江蘇、廣東、湖北、湖南、河南和福建等省域位居兩階段效率均相對 “雙高”的 “第一象限”，這部分省域多位于東部沿海和長江中游；青海、山西、黑龍江等省域位居兩階段效率相對 “雙低”的 “第三象限”，提高這部分省域工業用水效率需要在 “生產”和 “治理”兩環節同時發力，在承接產業轉移時尤其應強化水資源生態約束；值得注意的是，寧夏、貴州和安徽位居 “生產”效率相對較高但 “治理”效率相對較低的 “第二象限”，提高工業用水效率尤其需要強化對工業廢水的治理，推動治理技術創新和擴散，提升工業廢水投入資源的運行效能；山東位居 “治理”效率相對較高但 “生產”效率相對較低的 “第四象限”，這與省域 “偏重”的工業基礎和產業結構等有關，工業發展對水資源環境的脅迫壓力較大，提高工業用水效率需要著重通過創新引領提升工業資源產出效能，強化對工業運行 “非期望產出”的管控。

圖1 省域工業用水效率均值

圖2 省域工業用水兩階段效率分布坐標圖

2.2 中國工業用水效率空間差異及來源

表1中的Dagum基尼系數計算結果顯示，2011～2020年間中國工業用水效率省際相對差異呈現“增減交替”的波浪型趨勢，其中，“十二五”期間的Dagum基尼系數值呈現 “先增后減”的倒“U”型趨勢，“十二五”之后則呈現總體提升趨勢，考察末期2020年 Dagum基尼系數較初期2011年上升明顯，增幅為46.18%，全域范圍內工業用水效率出現一定程度的非均衡化趨勢，部分原因在于期初工業用水效率中值省域在考察期內的增幅出現較大差異，加劇了工業用水效率的全域內部分化?？疾炱趦葨|部、中部、西部和東北Dagum基尼系數均值均小于全域均值，比較而言，東部地區的內部差異最大，其次為西部地區?？疾炱趦雀鞯貐^內部差異均呈現波動變化，其中東部和西部地區考察末期Dagum基尼系數較考察初期有所上升，東部地區內部快速擴大的增幅與北京、江蘇和廣東的領先地位有關，創新驅動下的工業結構優化調整使得這部分省域在有限工業水資源投入下創造了更大的工業產值，助力水資源環境投入與工業產值增長脫鉤。由于本研究測算的結果亦可視為將用水和治水納入考察的地區工業增長績效，因此東部地區內部差異增幅和有效推動領先省域的創新擴散需要進一步關注。中部和東北地區考察末期Dagum基尼系數較初期有所下降。

表1 中國工業用水效率發展空間差異及來源

表2顯示，西部和東北之間、東部和東北之間工業用水效率差異較為明顯，分解測算顯示，其差異均主要由生產技術變化差異引致。各地區間工業用水效率Dagum基尼系數均表現為波動變化趨勢，除中部和西部之間外，其余地區間差異考察末期較初期均有所上升，東部和西部間差異增幅最為明顯，納入水資源環境后的工業增長績效地區間差距與工業發展基礎和承接工業轉移差異有關。Dagum基尼系數分解結果顯示，超變密度貢獻率相對較大，這與產業空間轉移和知識溢出存在復雜性有關。時序特征顯示，區域內差異和超變密度有所上升，區域間期末的差異較期初有所下降。

2.3 中國工業用水效率Kernel密度估計結果

圖3呈現2011～2020年全域工業用水效率分布動態演進趨勢?？疾炱趦确植记€中心漸次右移，即工業用水效率持續提升，與前述事實描述一致。曲線主峰高度呈現降升交替，寬度趨于擴大，說明全域內部工業用水效率離散程度有所提升，絕對差異總體存在擴大趨勢。全域工業用水效率分布曲線存在右拖尾，部分省域顯著領先；曲線延展收斂趨勢表明高值省域與平均水平差距縮小。全域總體分布曲線存在 “主峰+側峰”態勢，其中側峰位置隨時間推移由主峰右側向左側轉移。峰值較低的側峰意味著出現一定程度的分化態勢，其原因在于盡管考察期內省域工業用水效率呈提升趨勢，但低值省域和領先省域的絕對差異在部分時期會有所擴大。

圖3 中國工業用水效率分布動態

圖4呈現2011～2020年間東部、中部、西部和東北四地區工業用水效率的分布動態演進趨勢。從分布位置看，東部、中部和西部分布曲線中心均存在右移趨勢，區域內工業用水效率均呈上升趨勢，即水資源環境約束下的工業增長績效有所提升；東北地區分布曲線中心出現先右移后左移的趨勢，地區工業用水效率在考察后期存在下降特征。從分布形態看，東部地區分布曲線表現出主峰高度明顯下降且寬度明顯擴大的趨勢，東部地區內部工業用水效率差異有所加劇，這與廣東、江蘇和北京等省域的極化地位有關；中部地區曲線主峰高度呈現升降交替趨勢，后期高度顯著高于前期，寬度則有所縮小，中部地區內部工業用水效率差異存在縮小特征；西部地區分布曲線表現出主峰高度快速下降且寬度擴大的趨勢，西南板塊領先西北板塊，區域內部工業用水效率差異有所加??；東北地區分布曲線表現出主峰高度波動上升、寬度波動縮小趨勢，考察后期東北地區內部工業用水效率差異有所縮小。中部地區分布曲線存在左拖尾現象，地區內部存在工業用水效率顯著落后省域；東部、西部和東北地區分布曲線則存在右拖尾現象，地區內部存在工業用水效率顯著領先省域；各地區分布曲線均出現延展收斂特征，各區域范圍內高值省域與區域平均水平的差距有所縮小。東部和西部地區在考察初期出現主峰+右側峰特征，地區內部存在一定分化趨勢和梯度效應，考察后期東部和西部地區則呈現單峰特征，分化特征緩和；中部地區則由單峰向后期主峰+左側峰演變，側峰高度波動抬升，中部地區在考察中后期出現分化趨勢且有所強化；東北地區分布曲線總體呈現單峰特征，內部分化相對不明顯。

圖4 四地區工業用水效率分布動態

2.4 中國工業用水效率的驅動機制分析

依據組間異方差的Modified Wald檢驗和組內自相關的Wooldridge檢驗結果，本研究采用可行廣義最小二乘法（FGLS）和基于面板校正標準差（PCSE）校正OLS模型回歸的標準差兩種處理方法。結果如表2所示。在面板數據時間數小于截面數情況下，OLS+PCSE結果更加準確，本研究基于該方法進行分析。

表2 回歸結果

全域樣本回歸結果顯示，區域創新能力、市場化程度和開放度對工業用水效率影響均顯著，其中開放度影響方向為負。在控制了其他因素后，人均水資源量對工業用水效率影響方向為正但并不顯著（P＞0.10），即富水區和貧水區的工業用水效率并無顯著差異，其原因在于因水而定的工業布局很大程度上弱化了水資源要素對工業生產投入資源產出效能的影響。以規模以上企業產值占工業增加值比重刻畫的工業結構的影響并不顯著，部分原因在于盡管規上企業的規模效應有助于集約化利用生產資源，但部分規上企業特別是重工業企業生產過程存在高耗水特征，抑制了結構因素對工業用水效率的提升。區域創新能力系數在1%統計水平下顯著為正，以萬人人均專利授權量刻畫的科技創新能力提升1%能夠推動工業用水效率提高0.161%。區域科技創新能力提升有助于優化工業生產投入要素的產出效能，涉水科技創新則有助于直接提升工業用水和治水效率。市場化程度對工業用水效率影響在1%顯著水平下為正，營商環境優化有助于提升工業資源的配置效率，推動包括水資源高效利用在內的創新涌現和擴散。區域政府在建設營商環境和培育市場主體過程中需要強化水資源環境的約束，避免市場主體因逐利競爭出現對水環境的負外部性行為。對外開放對工業用水效率的影響顯著為負（p＜0.01），區域政府在招商引資過程中需要充分考慮地方水資源稟賦，強化水資源環境約束，嚴控高耗水和高污染項目。環境規制的影響為負但并不顯著（P＞0.10）。通過治污投入刻畫的環境規制強化能夠通過倒逼機制提升市場主體的節水控污意識和行為，提升工業用水產出效能和污水治理效率，但在短期內會對市場主體經營績效形成下行壓力。 “波特假說”指出，嚴格的環境規制長期內能夠促進節能減排技術研發，抵消短期執行環境規制的成本。此外，環境規制需要樹立一盤棋思想，避免水污染通過產能轉移等渠道向欠發達地區輸出產生的 “污染避難所效應”。

分區域OLS+PCSE估計結果顯示，人均水資源量對工業用水效率的影響在各地區均不顯著（P＞0.10）。盡管東部地區北部沿海和南部沿海之間以及西部地區西北和西南之間均存在顯著的人均水資源稟賦差異，但長期以來以水而定的工業布局很大程度弱化了人均水資源量的影響。對中部地區而言，實施長江中游區域發展和城市群發展戰略需要更進一步推動先進制造業資源聚合，提升包括水資源在內的工業生產投入資源的產出績效。以規模以上工業企業產值占比刻畫的工業結構影響方向和強度在不同地區出現分化特征，這與工業企業要素空間轉移有關?？萍紕撔履芰I用水效率影響在東部、中部和西部均顯著為正，在東北地區影響為負。東北地區尤其需要結合自身工業體系完善區域產學研合作和科創生態系統，推動科技創新涌現并有效惠及工業企業用水和整體發展績效。市場化程度對工業用水效率影響在東部和東北不顯著，在中西部則顯著為正。東部地區需要厚植創新動能，推動產業高質量融合；中西部地區需要進一步優化創新生態，培育具有高附加值和創新力的市場主體；東北地區需要持續優化營商環境，夯實工業高質量發展的內生動力。開放度對工業用水效率影響在東部地區為負，在其他地區并不顯著。在推動開放發展進程中需要“以水而定”、綠色發展，強化水資源環境約束，提高水資源準入門檻，嚴控高耗水和高污染項目；還需要通過開放發展著力向工業價值鏈高附加值環節延伸，擴大知識資本貢獻份額，提高工業投入資源的產出價值。環境規制對工業用水效率影響在各地區均不顯著。工業企業需要擺脫傳統發展慣性，實現經濟、社會和環境效益的有機統一。

3 結論與啟示

本研究表明，2011～2020年間綜合考慮生產和治理兩階段的中國工業用水效率呈現波動增長態勢但仍存在顯著區域間非均衡化特征。Dagum基尼系數及其分解顯示，中國工業用水效率省際相對差異呈現波動變化趨勢；超變密度對中國工業用水效率空間差異貢獻最大，其次為地區內差異；考察期內四地區內部差異均呈現波動變化趨勢。全域范圍內科技創新和市場化程度對中國工業用水效率具有推動作用，開放度則存在抑制效應。分地區估計結果顯示，規上工業企業占比在中部地區影響為負，在東北地區影響為正?？萍紕撔略诔龞|北以外地區影響為正；市場化程度在中部和西部影響為正；開放度在東部地區影響為負；人均水資源量和環境規制的影響在各地區均不顯著。

本研究的政策啟示如下：（1）統籌生產和治理不同階段，全流程優化工業用水績效。提高工業用水效率需要優化企業生產環節，加強重點行業取水定額管理，通過流程改造和技術創新降低水資源消耗，淘汰落后高用水工藝和設備，推動工業經濟增長與用水量脫鉤和工業用水衍生 “零增長”，減少工業廢水排放；另外，政府和工業企業需要通過管理創新和設備升級強化對廢水污染物的治理，發揮工業園區等載體的集聚效應，推行梯級水資源循環 “再利用”模式，推動治污技術創新，實現工業廢水零直排；（2）因地制宜探尋提高工業用水效率路徑。對東部地區而言，需要強化科技創新和管理創新在提升工業用水效率中的引領作用，構建與水資源相適應的現代產業體系，大力發展高附加值產業，壯大知識資本的貢獻份額，拓展工業水資源產出空間；中、西部地區需要結合地方人水稟賦優化工業資源配置，以水而定明確地區工業發展方向和發展規模，完善工業涉水基礎設施建設，強化營商環境建設和涉水科技創新，綜合發揮環境規制的引導和倒逼作用；東北地區需要合理配置不同產業用水需求，嚴格控制流域水污染，積極推動產業結構調整，夯實內生發展動力。