高新技术产业创新生态系统内部种群竞争演化机制研究

D01:10.13546/ki.tjyjc.2020.24.035冷理決A

高新技术产业创新生态系统内部种群

竞争演化机制研究

尹洁"，施琴芬3,李锋1

(1.江苏科技大学经济管理学院，江苏镇江212003；2,河海大学商学院，南京210098；

3.苏州科技大学，江苏苏州215009)

摘要：在髙新技术产业创新生态系统内部，开发、研究、应用三个群落与外部非生物环境相互作用，共同构成一个复杂、竞合的动态系统。基于Tilman的集合种群多物种竞争共存模型，在模型中加入竞争系数，以研究群落为例，模拟仿真集合种群中高校种群、科研院所种群、研究型企业种群的动态变化,研究我国高新技术产业创新生态系统中各种群间竞争行为与规律，为我国高新技术产业提升创新能力、实现可持续发展提供可借鉴的指导o

关键词：高新技术产业；创新生态系统；竞争演化机制

中图分类号:F204文献标识码:A文章编号:1002-6487(2020)24-0161-05

0引言

产业创新生态系统是基于“生态系统”视角来研究产业创新系统。产业创新生态系统概念最早由Frosch等(1989)'"提出。相关研究中，国外学者最具代表性的是美国教授Ron Adner团队关于产业创新生态系统演化的系列研究°円,他考察了半导体光刻技术设备产业的技术演化过程，认为产业创新生态系统是核心创新企业与上下游企业,结合自身优势紧密合作,把产业相关创新成果整合为协调一致、面向用户的商业解决方案。国内专家、学者在相关领域开展了诸多有价值的研究工作。陈劲等(2017严在创新生态系统的源起、运行机制、协同创新网络模式等方面取得了一批重要成果。曾国屏等(2013)"研究了多重视角下的创新生态系统，分析了产业创新生态系统的含义、结构和行为。

在我国高新技术产业的发展实践中.产业发展的管理一直存在着不同程度的“越位”“缺位”和“错位”问题。对于高新技术产业中的企业、高校、科研院所等创新主体,如何更好地开展竞争与合作，并在此基础上基于创新生态系统视角探讨如何提升产业整体的协同创新能力尤为迫切与重要。

1高新技术产业创新生态系统的界定与结构

高新技术产业创新生态系统是依据生态学理论、方法来界定高新技术产业创新系统(如图I所示)。在创新生态系统内部.各创新主体协同创新、合作共生，与资金、技术、人才等创新资源相互协同，与政策环境、市场环境、社会文化环境等外部环境相互作用，实现系统内部物质、能量、信息的循环与流动。

自然生态系统

相似K高新技术产业

创新系统

7V

JL

高新技术产业

创新生态系统

图1高新技术产业创新生态系统界定

对应自然生态系统，高新技术产业创新生态系统可以划分为生物成分、非生物成分即创新环境。其中，生物成分主要包括系统内部的创新群落和协助创新种群,他们共同构成了系统内部的生物主体要素。依据创新种群的不同功能,Judy Estrin(2010尸把产业创新生态系统内部的创新群落划分为研究群落、开发群落、应用群落,研究群落的作用在于基于长远眼光去探索、寻求新的理念、知识，开发群落的作用在于推动服务或产品的制造、交付，而应用群落的功用则是负责向全世界散布系统所取得的各项技术进步。协助创新种群包括政府种群、行业协会种群、中介服务组织种群、金融机构种群等，他们主要协助系统内部的研究、开发、应用群落开展创新活动，为创新群落实施创新行为提供辅助和支持。

自然生态系统中的生物成分根据角色和承担功能的不同.主要分为生产者、消费者、分解者。在高新技术产业创新生态系统中，研究群落、开发群落和应用群落同样承担着类似生产者、消费者、分解者的角色叫在高新技术产业创新生态系统内部，高校、科研院所、研发企业作为创新

基金项目：国家社会科学基金资助项目(19CGL010)

作者简介：尹洁(1984—),*,江西赣州人，博士，副教授，研究方向：创新系统。

施琴芬(1963—),女，江苏江阴人，博士，研究员，博士生导师，研究方向：科技管理。

李锋(1980—),男，安徽阜阳人，博士，副教授，研究方向：创新系统。

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生产者,承担了新技术研究工作；制造企业作为创新消费 者，购买、使用创新生产者输出的新技术，负责同化新技

术，最终把新技术转化为新产品和服务;而市场、客户，也

就是新产品、服务的使用者可以视为创新分解者,他们负 责购买和使用新产品，直至新产品最终被损耗殆尽。此 外，高新技术产业创新生态系统的非生物成分包括创新政 策、创新资源、市场环境、创新文化等外部创新环境。

基于物质流、信息流、能量流的流动、循环,高新技术 产业创新生态系统各创新群落间及创新群落与创新环境

间开展各种创新活动，形成共生竞合、动态演化的开放复杂

系统(如图2所示)。在生态学视角下，高新技术产业的价 值创造过程可以视为生产者群落、消费者群落、分解者群 落基于能量传递和能量反馈机制所形成的动态、双向的能

量流循环过程(如图3所示)。

图3高新技术产业创新生态系统内部价值循环过程

2高新技术产业创新生态系统群落内多种群竞争演化模型

1994年,Tilman 首次提出了多物种竞争的集合种群模

型,该模型假设了层次竞争关系叫它依据各个种群不同的 竞争能力，把各个种群以竞争能力的递减关系依次排序，

认为竞争能力强的种群必然排斥竞争能力弱的种群，并对

无限个数、竞争能力不同的种群模拟预测了他们的竞争共 存状态。

Tilman 模型模拟了集合种群中，因为种群的栖息地毁

坏所引起的种群灭绝问题网，该模型为：

dp . i /

骨=cp©-D -工pj-ep ■- 工 c jP ,Pj (1)

D 在生态系统中表示毁坏栖息地占总栖息地比例,对 于产业创新生态系统而言，若Q<0，则表示创新资源增 加量占总创新资源的比例;反之，若Q>0 ,则表示创新资 源减少量占总创新资源的比例。根据各个创新种群的创

新资源占有率递减排序，i 为各创新种群的排序,1,2,-, ”分别表示创新资源占有率由最多至最少的各个创新种

群。Pi 表示创新种群i 对资源的占有比例，c,表示创新 种群i 的创新主体繁殖率(迁移扩散率),e,表示创新种群

i 的创新主体灭绝率(平均死亡率)。

在研究斑块生境中两个物种动态演化过程时，徐彩 琳等(2001)円发现如果空斑块以适当的频率产生，竞争能

力与扩散能力的互补能够推进逃亡种和强竞争种共存，为 表达种群竞争能力，加入种群竞争能力系数a ,构建了斑

块生境中生物种群逃亡共存模型：

dp.

~JT=C \ X P10 ~P\~a 2 X/?2)一勺 XP\_C2 佃 xp X°27 (2)

ap 2

莎=©2 xp 2(l -p 2-a x xp,)-e 2 xp 2-c, xp, 5x5

其中，a,(i=l,2)表示种群i 的竞争能力系数，其余 参数与公式(1)含义相同。

结合产业创新生态系统自身特点.借鉴其他学者的种 群共存模型思想,在Tdman 的集合种群多物种竞争共存模

型中加入竞争系数a ，该系数表达了群落内部不同种群的

自身竞争能力，所构建的高新技术产业创新生态系统群落

内部创新种群竞争共存模型为：

dp

~^~ = CiPiQ_D_Pi — 工 QjP)-SPj-Pi X c jPj a j Ul j=W 知

(/,7=1,2,••.,«)

(3)

其中，幻表示种群丿的竞争能力系数，D 、i 、5、e i

等参数与前述模型意义相同。

CjpQ_D_Pi —工 勺0)是种群i 个体侵占斑块的

j=\、j*i

速率，e,p 是种群i 群体死亡率，p, £ Cjp^是种群/

个体侵占种群i 现占据斑块的速率。

根据Tilman 的假设，集合种群里各种群具有相等的灭 绝率e, g 是最优势种群的栖息地占有率,也可以理解为

创新系统中最强创新种群对创新资源的占有率，g 值不 同，则表示集合种群结构不同。当种群栖息地未被破坏， 在平衡态时，各种群对资源的占有比例»、迁移扩散率q

均为几何级数分布：

e ：=e ; p°\D=0 = q^ -q)'' ； c,. = e./(l ⑷

令方程(3)右边等于0,可以解出方程(3)的平衡点 为：

c ：P@_D_p 厂 工 a j p J )-e i p,-p i 工 屮厲=0

(5)

其中，必=0 或 p ； = +(q-c,D-c, X a jPr e ~ S c jPj a )

y=i,y*i y=i

为方程的两个解，号为方程(3)第丿个方程的平衡点。当 c.-c i D-c i Z a jpj~e i-

CjPjdj 5 0 时，p, < 0 o Pi

j=\

表示创新种群i 对资源的占有比例，在p,<0时，不具有实 际意义。方程(3)平衡态的解为：

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