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区域创新生态系统生态适宜度研究

2018-11-05 09:37 来源:生态系统u乐国际娱乐手机官网 人参与在线咨询
摘要:近年来,生态学的理论概念和模型被越来越多地应用于创新系统研究,产生了创新生态系统的多维度讨论。总体上看,大部分研究集中于创新生态系统的概念、运行机制以及影响因素,对于创新生态系统评价体系的研究寥寥无几。我国学者提出了基于生态位适宜度的生态系统评价模型,并一定程度上应用于创新生态系统的评价。然而本领域研究还处于起步阶段,亟待与灰色系统理论、生态学理论等学科领域交叉融合。 关键词:创新生态系统;生态适宜度;研究范式 “创新”的概念自20世纪30年代被熊彼特提出以来,创新的范式经历了线性创新、创新体系、创新生态系统阶段。随着创新实践的深入,人们逐渐发现创新系统的组成原理与生态系统的组成原理有共通之处,逐步尝试用生态学理研究创新系统。2003年美国总统科技顾问委员会(PCAST)正式将创新生态系统作为总括性概念提出。这一概念体现了创新研究从关注系统中要素的构成向关注系统要素之间、系统与环境间的动态过程的转变。同年,黄鲁成首次提出了区域技术创新生态系统的概念是指“在一定的空间范围内技术创新复合组织与技术创新复合环境,通过创新物质、能量和信息流动而相互作用、相互依存形成的系统”①,成为学界较为公认的区域技术创新生态系统定义。 一、创新生态系统研究概况 20世纪90年代后期,将生态学理论应用于创新问题的研究日渐增多并逐步深入,国内外学者在创新生态系统领域作出了许多研究成果。Moore是第一个系统而又科学地论述企业生态系统的学者,他将企业生态系统定义为一种“基于组织互动的经济联合体”。Joseph与Athreye分别将自然生态系统演化思想应用到高技术企业创新路径的研究,发现企业创新路径依赖性带有生态学的遗传变异特征。JudyEstrin从群落的角度,将创新生态系统划分为研究、开发和应用三大群落②。Lansiti和Levin提出生态位的概念来阐述创新生态系统,认为创新生态系统由占据不同但彼此相关的生态位的企业所组成,一旦其中的一个生态位发生变化,其他生态位相应也会发生变化。Lee和Lim提出技术跟随与“蛙跳”理论,认为区域技术创新有可能完全按照线性过程演化,也有可能表现出阶段跳跃式演化过程。Adner关注于创新生态系统本身,其认为创新需要依赖外部环境的变化与生态系统的成员参与,创新生态系统是指一种协同机制,企业这种协同机制将个体与他者联系,并提供面向客户的解决方案,输出价值。陈瑜、谢富纪引入生态学的Lotka-Volterra竞争捕食者模型,模拟研究了我国光伏产业生态系统演化路径。赵树宽引用生态学理论和方法,运用生物种群演化的Logistic模型对企业生态系统演化过程进行了描述。程胜根据产业集群的不同形式构建了Logistic模型,对平衡稳定状态下企业共生经济效益进行了分析与对比。总体而言,关于创新生态系统的理论研究国外要早于国内,研究重点主要经历商业生态系统、价值创造、开放式创新、创新生态系统这四个方面的演进。同时,在研究内容上,国外学者针对区域创新生态系统的研究主要集中于系统的组成结构、生存机制和影响因素,但是对区域创新生态系统评价体系方面的研究则相对较少。而国内关于区域创新系统研究仅有黄鲁成、軍荔荔、苌千里和郭燕青等少数几人。黄鲁成教授运用生态学理论对区域创新系统的生态学特征、演化规律、运行与控制机制进行了研究;覃荔荔博士通过综合生态位适宜度评价模型分析了湖南省创新生态系统的纵向变化情况;苌千里教授在生态位适宜度的模型基础上增加了进化动量表达式的概念和算法;郭燕青考虑到创新生态系统所处空间和时间因素对其生长评价的影响,对模型进行优化。综上所述,虽然国内外关于区域生态系统的研究较多,但是关于创新生态系统评价的研究寥寥无几,与区域创新适宜度评价联系较为密切且横向比较的研究成果同样较少。相关研究还处于初期阶段,而且国内研究多是以发达国家的研究作为逻辑起点,虽已形成对区域创新生态系统的初步认识,但还存在缺乏结合区域情景、尤其是跨行政区域协同创新情景的研究以及缺乏对区域经济发展及区域创新政策的理论指导作用等问题。 二、区域生态系统健康评价 区域生态系统健康是指一定时空范围内,不同类型生态系统空间镶嵌而成的地域综合体在维持各生态系统自身健康的前提下,提供丰富的生态系统服务功能的稳定性和可持续性,即在时间上具有维持其空间结构与生态过程、自我调节与更新能力和对胁迫的恢复能力,并能保障生态系统服务功能的持续、良好供给。因此,区域生态系统健康包括活力、组织力、恢复力、生态系统服务功能等4方面特征。关于生态系统健康评价一般包括指示物种法和指标体系法两种方法。其中,指示物种法简便易行,主要依据生态系统的关键种、特有种、指示种、濒危种等的数量、生产力、结构功能指标等来描述生态系统的健康状况,但由于指示物种的筛选标准及其对生态系统健康指示作用的强弱不明确,且未考虑社会经济和人类健康因素,难以全面反映生态系统的健康状况,该方法存在严重的不足,尤其不适用于人类活动主导的复杂生态系统的健康评价;指标体系法则根据生态系统的特征及其服务功能建立指标体系进行定量评价,选取的指标既包括生态系统的结构、功能和过程指标,也可以是社会经济和景观格局、土地利用指标,该方法以其提供信息的全面性和综合性而被广泛应用于生态系统健康评价中。区域作为多种生态系统的地域空间镶嵌体,显然很难找到恰当的指示物种(群)对其健康状况进行监测,因此,指标体系法是区域生态系统健康评价的唯一方法,国内目前已有的相关研究也均采用该方法。而在建立指标体系后,目前生态系统健康评价采用的具体模型方法则包括综合指标法和模糊综合评价法两类。其中,综合评价法一般通过层次分析法确定指标权重,构建综合指数对系统健康状况进行综合定量评判;模糊综合评价法认为生态系统健康与否完全取决于标准值,但由于难以合理界定这些标准值,因而,可以作为一个模糊问题来处理,该方法一般根据多个因素对评价对象本身存在的性态或隶属上的亦此亦彼性,从数量上对其所属成分给以刻划和描述。两种方法比较而言,综合指标法的优点在于能较好体现生态系统健康评价的综合性、整体性和层次性,评价过程简单明了,评价结果明确,易于公众感知;而模糊综合评价法则能避免主观判断生态系统健康标准的不确定性。确立健康生态系统的标准是区域生态系统健康评价的关键。尽管国外有不少学者提出以未经过人类干扰的生态系统的原始状态、演替的顶级状态、或生命诞生前的热力学平衡态等作为自然生态系统的健康状态,但上述将某一特定生态系统状态作为健康标准的看法均缺乏理论依据,遭到了大部分学者的质疑与反对。而国内部分学者,尤其是在城市生态系统健康评价中,往往采用生态城市、园林城市、环保模范城市目标值或规划值、国际发达城市建设标准值、全国最高、最低或现状值作为相关指标的健康标准,而这些标准值本身就是经验确定的,对健康的指示意义不明确,缺乏对其与生态系统健康目标的“剂量-效应关系”验证,都难以称得上是有效的指标阈值。而事实上,生态系统健康标准是一个人类标准,评判某个状态是否健康在很大程度上决定于社会利益。并且,由于人类的主观期望是动态变化的,健康是一种相对概念,绝对健康的生态系统是不存在的。同样,同一生态系统,面对不同的人类期望,评估结果迥然不同。所以,绝对的健康标准是不存在的,区域生态系统健康评价,更多的应着力于探讨区域生态系统健康的时间动态与空间差异,而非人为判定某时某地生态系统的健康与否,从而保障研究的客观性。尤其是对于由人类活动和社会资源交互流动组成的城市生态系统、创新生态系统,其健康标准评判的主观性更为强烈。因而学界大多研究在针对其进行评价时,大多采用模糊综合评价法评价指标的相对值。 三、生态位适宜度模型的建立 1.生态位概念的提出 生态位一词又称生态龛,最早由Grinell于1917年提出,将生态位视为物种的要求及在一特定群落中与其他物种关系的地位,反映生物种群所占据的基本生活单位,主要指物理空间方面③。1957年Hutchinson提出n维超体积的生态位概念,将生态位定义为生物个体或物种不受限制生活的多维生态因子空间④。1959年Odum认为生态位是一个物种在其群落和生态系统中的地位和状况,而此地位和状况取决于该生物的生理反应、形态适应和特有的行为⑤。总结以上观点可知,生态位是生物种的生态学特征的定量描述,其内涵包括一个种对环境的需求、环境对种的影响、以及种与其所在生物群落中其它种之间的关系;而其定量描述可用表征环境条件的向量集到表征种属性的数集上的一种映射来测定,特别为连续映射时,则用一种非负的多元函数表示。作为生态学重要的基础理论之一,生态位的概念、理论和模型逐步得到发展和完善,不仅越来越广泛地运用于生态学研究,而且逐渐渗透并运用于社会科学各个领域,在社会生态系统研究方面同样具有重要的意义。 2.生态位适宜度模型的建立 李自珍(1993)为了表征一个生物种对其所处环境条件的适宜程度,以及二者间藕联变化首次提出生态位适宜度的模型概念。他将生物种的生态位适宜度定义为表征种的属性的最适生态位点与表征生境属性的现实资源值之间的贴近程度⑥,表征拥有一定资源谱系生物种对其生境条件的适宜性,即生境资源条件对种特定需求的满足程度。之后构建了生态适宜度及适宜度进化动量的数学模型,用以确定各生态位因子现状与最优值之间的贴近程度,以及可改善的空间大小。模型以春小麦的种植为研究对象,依据大田试验结果,对不同环境资源条件下作物各生长期中的生态位适宜度值进行了定量分析,建立了它与作物产量间的理论公式,分析了限制因子及诸种人工调节措施的效果,为农田作物生长系统的资源因子匹配和作物生境优化提供了依据。同时,也为生态位适宜度模型应用于社会科学领域提供了理论基础。 四、创新生态系统生态位适宜度评价理论的发展 区域创新生态系统适宜度是指创新主体在一定区域内开展创新活动时,创新主体所需的最适资源位与创新环境所提供的现实资源位之间的贴近程度。目前,国内学界针对地区创新生态系统的评价研究数量并不多。在早期的实证分析中,基本采用生态位适宜度的评价模型,或在该模型的基础上进行一些改进和延伸。近两年才出现一些生态学新方法的引入与尝试。最初,生态位适宜度的理论广泛被应用于城市生态系统的评价研究中。如夏斌等人(2008)针对珠三角城市群生态系统,引入生态位适宜度理论,通过建立层次结构、构造判断矩阵、权重计算、一致性检验等方法,确定指标权重,进行评估。区别于自然生态系统,城市生态系统由于具有更多的人为干预性与主观能动性,与创新生态系统的作用机制更为接近。该文章虽然没有针对创新生态系统,但其评估方法为创新生态系统评估模型的建立提供了指导。最先将生态位适宜度引入区域创新生态系统评价模型的是覃荔荔等人(2011)。在模型构造方面,他们引入二阶缓冲算子减弱系统数据受冲击扰动的影响,借鉴广义关联度思想,基于绝对生态位适宜度改进的生态位适宜度模型,构建了区域创新系统可持续性综合生态位适宜度模型(Fta模型)⑦。该模型不仅能够体现生态因子现实值与最适值之间的贴近程度,而且可以反映出两者相对于测度点变化速度的接近程度,更全面表征区域创新生态系统的可持续性。在生态因子指标选取方面,文献选取创新资源、创新效率、创新潜力、创新活力四大测度目标,并下设19个具体测度指标,用以衡量区域创新可持续性水平。与此同时,胡浩(2011)将广泛应用于动植物生长发育或繁殖过程研究的Logistics方程应用于创新生态系统研究,提出了多创新极共生演化动力模型,并以唐山区域创新生态系统为实例,进行验证,为后续关于具有多创新极特点的区域,如京津冀地区的创新生态系统评估提供了理论基础。在上述研究基础上,苌千里(2012)对Fta模型进一步优化,提出进化动量表达式的概念和计算方法,可以应用于评价不同地区整体适宜度的横向比较、以及不同生态因子的适宜度提升空间,丰富了区域创新生态系统评价模型⑧。刘洪久(2013)等人又对苌千里的生态因子无量纲化处理方法提出了新的改进。随后,郭燕青(2015)考虑到创新生态系统所处空间(资源环境)和时间因素对其生长评价的影响,引入加权弱化缓冲算子弱化系统外部环境资源和时间因素对系统数据的干扰,同时采用生态位优先模型明确生态因子对系统内部环境资源的利用和占有,对标准生态位适宜度模型进行优化⑨。2016年,郭燕青团队又针对创新生态系统内部关系的复杂性和不确定性,将Vague集理论推广到创新生态系统生态位适宜度评价问题中,提出了Vague集超体积生态位的概念,解决了由于“生境”演变而不断进行自适应调节的生态位需要基于不确定性信息来确定其与生境的适宜程度的问题。有别于上述生态位适宜度模型,孙丽文(2017)针对生态位重叠现象,利用生物种群的Logistics模型对区域创新生态系统的竞合演化进行研究,创立了区域创新生态系统创新主体间的共生协同演化机制,有针对性地对京津冀地区创新生态系统进行解释与评估。 五、影响评价的相关研究 在创新生态系统的影响因素与指标设计方面,学界同样尚未形成完整的研究体系。JudyEstrin(2010)将产业创新生态系统的内部结构分为创新生产部落、创新整合群落和创新应用群落。我国学者李其玮博士(2017)基于上述研究,从这三大群落出发,通过整理近六年的相关文献,最终得出成员知识的互补性、核心成员的知识吸收与转移能力、良好的社会资本、资源配置的科学性、利益分配的合理性、知识产权保护的有效性以及政府政策的引导与支持、产业集聚度是影响区域创新生态系统的重要方面⑩。MichaelA.Greeley(2010)针对密歇根州构建创新生态系统提出的五点建议中,强调了地区优势、投资与科研人才吸引对于创新生态系统可持续性的重要性;韦铁(2015)针对广西北部湾创新生态系统进行研究,得出资金资源因素的正影响力最大,其次依次为人才资源、企业创新力、信息(技术)资源、高校及科研院所创造力、其他主体的支持力、宏观经济环境,而创新政策环境和微观市场环境则对其存在负影响。陆燕春教授(2016)基于新创新范式对区域创新生态的影响,尝试从创新驱动群落、创新扩展群落、创新协调群落以及创新环境四个方面建立指标体系衡量其发展水平,最终得出创新驱动群落和创新环境在提升区域创新竞争力上起着关键作用,且从整体上看经济发展水平越高的地区,其竞争力水平也相对较高的结论輥輯訛。这些研究成果都对区域创新生态系统评价过程中的指标设计环节提供了理论支撑。从创新生态系统生态位适宜度评价实证研究的指标选取来看,大部分研究人员都选择将指标细分为三级。一级指标包括创新群体、创新资源、创新环境,或加入创新效率、创新潜力与创新活力等其它指标。二级指标设定方面,创新群体大多选定企业、研究机构、高校;创新资源下设科技经费、人力资源、创新设备;创新环境涵盖经济环境、文化环境、市场容量等;创新效率包括科技应用、科技成果;创新活力包括系统开放性、成果流通性;创新潜力包括基础资源、城乡居民收入等。三级指标的选定则各有不同。 六、实证研究与应用 建设区域创新生态系统和发展区域创新能力是提升国家竞争力的重要路径,探讨区域创新生态系统内部主体协同演化规律,实现区域协同发展,成为经济学研究亟待解决的问题。理论应用于实际既是对理论最有力的检验,又是研究的根本目的。学者们将目光投向区域创新生态系统理论研究的同时,也致力于提出针对于各地区创新生态系统建设的政策建议。从2009年至2017年,周青、刘洪久、胡彦蓉等学者分别针对浙江、河南、江苏、湖南、京津冀等地区,基于现有评价模型,对当地区域创新适宜度进行时间上的纵向比较与区域间的横向比较及总体评价。李峰、庞玉萍、金萍三位学者更是在最新的研究中基于苌千里教授的评价模型,选取全国30个省份的相关数据进行全面的实证研究,提出了创新发展区域不平衡的现状,为全国的创新发展部署提供了必要信息。同时,随着理论方法的逐渐成熟与完善,创新生态系统生态位适宜度评价模型也被引入一些相近领域用作主要评估方法,如技术创新环境(陈林兴、农添珍)、技术创新适宜度(周青)、社会—经济—自然复合生态系统等。由此生态位适宜度评估模型获得了更为广阔的实践与应用空间。通过整理近十年来区域创新生态系统评价体系的相关研究发现,关于创新生态系统的概念提出虽早,相关理论模型构建比较完善,但针对于评价体系、数学模型选择方面的研究尚处于发展的初期阶段。可应用的理论模型较为单一,创新点均基于基本的生态位适宜度模型进行细节上的改动,并不凸出。模型假设相较现实还有一定距离,不能完全反应现实创新生态系统中的各种动态作用关系和变化情况。直至近两年,相关研究才更着眼于现实的具体情况,出现针对不确定性和生态位重叠引入相关生态学理论构建新模型的尝试。随着生态系统健康评价的进一步深入,当前在宏观生态系统综合评价中应用较多的人工神经网络、物元分析等评价方法可以考虑被引入区域创新生态系统的评价研究工作中来。而关于实证研究及政策建议部分,在生态位指标的选择方面呈现出指标数量增长化和具体化的趋势,但涉及此方面的实证研究数量较少,尚未能覆盖全国范围,留有很大的研究空白。 作者:刘钒 张君宇
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