農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部種群間協(xié)同演化機(jī)理及均衡分析

肖 蓉， 劉雪蓮， 劉志凌

(1.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，江蘇南京 210014； 2.南京林業(yè)大學(xué)，江蘇南京 210037)

伴隨著經(jīng)濟(jì)全球化和世界貿(mào)易自由化的浪潮，我國農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展不斷邁上新臺(tái)階，目前我國農(nóng)業(yè)發(fā)展迎來重要戰(zhàn)略機(jī)遇。在新型城鎮(zhèn)化戰(zhàn)略快速推進(jìn)中，農(nóng)業(yè)迎來蓬勃發(fā)展的黃金時(shí)期。近幾年，我國在農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)方式、調(diào)結(jié)構(gòu)、促改革等方面進(jìn)行積極探索，為進(jìn)一步推進(jìn)農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、最大限度釋放農(nóng)業(yè)市場主體活力、打造農(nóng)業(yè)發(fā)展的良好生態(tài)環(huán)境奠定了基礎(chǔ)。

由此可見，適應(yīng)國家新型城鎮(zhèn)化及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)布局調(diào)整、居民消費(fèi)結(jié)構(gòu)升級(jí)需要，加快農(nóng)業(yè)發(fā)展，是我國城鎮(zhèn)化發(fā)展戰(zhàn)略的重要內(nèi)容。然而，當(dāng)前農(nóng)業(yè)發(fā)展面臨一些現(xiàn)實(shí)難題：一是傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)粗放式擴(kuò)張，對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響加大；二是農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)集約化水平低、成本高、效率低等問題突出，需要深入推進(jìn)農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，創(chuàng)建良好的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)生態(tài)秩序。農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)作為城市新興的服務(wù)類產(chǎn)業(yè)集群，有其獨(dú)特的運(yùn)行方式和創(chuàng)新模式，集聚區(qū)內(nèi)部環(huán)境在其發(fā)展過程中起著至關(guān)重要的作用。所以探尋農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的協(xié)同演化機(jī)理，揭示農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)的發(fā)展規(guī)律對(duì)于提升集聚區(qū)企業(yè)核心競爭力和區(qū)域經(jīng)濟(jì)水平具有重要的意義。本研究借鑒生態(tài)學(xué)中的Lotka-Volterra模型，建立了基于效益增長趨勢的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的協(xié)同演化模型，并分析得出了農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部種群間的均衡穩(wěn)態(tài)，為農(nóng)業(yè)規(guī)劃布局、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、政策制定等提供理論依據(jù)。

1 農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的內(nèi)部種群間關(guān)系分析

農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的種間關(guān)系是指農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部不同產(chǎn)業(yè)種群之間相互作用所形成的關(guān)系。農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部種群之間的關(guān)系分析可以作為分析產(chǎn)業(yè)種群在演進(jìn)過程中相互適應(yīng)并且協(xié)同演化機(jī)制的理論基礎(chǔ)。根據(jù)生態(tài)學(xué)理論可知自然種群之間的相互作用關(guān)系(表1)。

表1 種群之間相互作用關(guān)系

注“+”表示對(duì)生長或其他種群特征有益；“-”表示種群生長或其他特征有害；“o”表示2個(gè)種群之間沒有相互的影響。

表1表述的相互作用類型，可以劃分為中性、正相互、負(fù)相互這3種作用關(guān)系。一般來說每種作用都包含了不同的關(guān)系，共生關(guān)系、互利關(guān)系以及偏利關(guān)系被包含在正相互作用當(dāng)中。負(fù)相互作用關(guān)系包括競爭關(guān)系、捕食關(guān)系、寄生關(guān)系和偏害關(guān)系。種群之間沒有作用，即實(shí)質(zhì)上是中性作用。一般來說，彼此相互依存、相互依賴、雙方只能同時(shí)存在，若缺了任何一方，另一方都無法生存下去，我們都稱之為共生關(guān)系(symbiotic)。共生關(guān)系實(shí)際上是擁有緊密關(guān)系并且共同生存的不同物種間的關(guān)系。除了共生關(guān)系外，雙方有共同利益關(guān)系稱作互利關(guān)系(reciprotic)?；ダP(guān)系實(shí)際上是僅存在共同利益，2個(gè)生物種群中沒有緊密的關(guān)系，若是不存在共同利益，雙方均可繼續(xù)生存。種群之間沒有相互作用則是中性關(guān)系(neutralism)?？偟膩碚f，各種生物之間都是存在普遍聯(lián)系的，沒有絕對(duì)相互作用而是有相對(duì)相互作用。除了互利關(guān)系外，還存在偏利關(guān)系(commensalism)。偏利關(guān)系則是指種群之間對(duì)一方?jīng)]有任何影響的相互作用，即為不存在任何的利益與傷害，而對(duì)另一方有利的種間關(guān)系，則被統(tǒng)稱為偏利。捕食關(guān)系(predation)是2個(gè)生物種群間，一方以另一方為食物，從另一方汲取生存能量的相互作用。密切生活在一起的2個(gè)種群，除互利關(guān)系外，一種群對(duì)另一種群會(huì)造成損害，則稱為寄生(parasitism)。偏害(amemsalism)是指種群之間發(fā)生相互作用后對(duì)一方?jīng)]有影響，沒有利益關(guān)聯(lián)也沒有任何傷害，而對(duì)另一方有害的種間關(guān)系。競爭(competition)是指2個(gè)種群相互比賽、為爭奪同一資源而相互干擾的種間關(guān)系。

在農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)集群生態(tài)系統(tǒng)中，產(chǎn)業(yè)種群之間也存在著相互的作用關(guān)系。將目光聚焦在產(chǎn)業(yè)集群當(dāng)中，企業(yè)間建立的關(guān)系均為競爭與合作關(guān)系，并不存在偏利、偏害、寄生關(guān)系。企業(yè)間關(guān)系也并不存在協(xié)同演化，彼此相互獨(dú)立、互不影響，所以企業(yè)間并不存在中性關(guān)系。綜上分析，本研究認(rèn)為，互利共生關(guān)系和競爭共生關(guān)系兩大類關(guān)系是農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)集群生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)業(yè)種群之間的主要關(guān)系。

2 農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的種群間協(xié)同演化模型

假設(shè)：產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部中，存在某一個(gè)產(chǎn)業(yè)種群(產(chǎn)業(yè)種群A)，即具有相似特征的企業(yè)(若干數(shù)量、規(guī)模大致相同)組成A產(chǎn)業(yè)種群，與環(huán)境產(chǎn)生物質(zhì)、能量和信息的交流，并經(jīng)歷誕生、成長、成熟、衰退、死亡的成長進(jìn)化過程，在生態(tài)系統(tǒng)中種群個(gè)體數(shù)量達(dá)到一個(gè)最終均衡狀態(tài)。在一個(gè)有限的空間(產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)生態(tài)系統(tǒng))當(dāng)中，受多種影響(有限空間資源和其他條件)，在其系統(tǒng)內(nèi)部呈現(xiàn)出單一種群所表現(xiàn)出的一種阻滯增長形態(tài)，可以將其成長進(jìn)化進(jìn)行模型化描述。即：種群在t時(shí)間的變化率=種群瞬時(shí)增長率×種群密度×密度制約因子。

用數(shù)學(xué)模型描述如下：

式中：N表示種群的個(gè)體數(shù)量，r表示種群的自然增長率，t表示時(shí)間，K表示環(huán)境容納量，即表示生態(tài)系統(tǒng)中所能容納的該種群的最大數(shù)量，而這一數(shù)量取決于該物種對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力、環(huán)境中的資源水平等因素。

該種群成長模型基于以下3個(gè)假設(shè)：

(1)假設(shè)環(huán)境容納量有一個(gè)最大值，這是生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境條件所決定的，當(dāng)該生態(tài)系統(tǒng)的種群數(shù)量達(dá)到K值時(shí)，該種群將不再增長。

(2)種群中密度的增加對(duì)其增長率的降低作用是立即發(fā)生的。

(3)遷出和遷入現(xiàn)象及年齡結(jié)構(gòu)在此種群中并沒有發(fā)現(xiàn)。

此時(shí)，Logistic模型表明，種群在一個(gè)有限空間內(nèi)的進(jìn)化是非線性的，種群數(shù)量隨著時(shí)間呈現(xiàn)“S”形增長曲線(圖1)，其增長過程可分為4個(gè)階段：

第1階段(0

3 農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)生態(tài)系統(tǒng)種群間協(xié)同演化模型及均衡分析

3.1 農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)生態(tài)系統(tǒng)種群間協(xié)同演化模型的建立

大量的實(shí)踐證明，集群中的表現(xiàn)是多種不同產(chǎn)業(yè)的集聚。與生態(tài)系統(tǒng)中多種群關(guān)系類似，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)生態(tài)系統(tǒng)中M種種群間也存在著競爭、合作以及競爭合作型等多種協(xié)同演化關(guān)系，下面以2個(gè)種群為例對(duì)各種關(guān)系分別進(jìn)行詳細(xì)分析。在外部環(huán)境及其他因素一定，內(nèi)部環(huán)境不同的條件下，對(duì)農(nóng)業(yè)集聚區(qū)分為種群1和種群2進(jìn)行模型分析。設(shè)：

(1)r1(t)、r2(t)分別表示物流種群1和物流種群2的產(chǎn)出水平自然增長率；

(2)M1(t)、M2(t)為物流種群1和物流種群2的產(chǎn)出水平，它們是時(shí)間t的函數(shù)；

(3)K1、K2分別表示在要素總量一定的條件下物流種群1和物流種群2的市場容量極限，即最大產(chǎn)出水平；

(4)α、β表示物流種群1和物流種群2的相互影響系數(shù)；

(5)設(shè)資源總量為1。

3.2 農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)生態(tài)系統(tǒng)相互競爭型模型及平衡分析

根據(jù)Lotka-Volterra種群進(jìn)化模型，構(gòu)建農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)2種群競爭型演化模型：

對(duì)于2個(gè)種群的相互競爭模型進(jìn)行穩(wěn)定性分析，可得出如下結(jié)論：

(1)α<1，β>1。α<1意味著在對(duì)供養(yǎng)種群1資源的競爭中，種群2弱于種群1，β>1意味著在對(duì)供養(yǎng)種群2資源的競爭中，種群1強(qiáng)于種群2，于是種群2終將滅絕，種群1趨于飽和水平(圖2)。

(2)α>1，β<1。α>1意味著在對(duì)供養(yǎng)種群1資源的競爭中，種群1弱于種群2，β<1意味著在對(duì)供養(yǎng)種群2資源的競爭中，種群2強(qiáng)于種群1，于是種群1終將滅絕，種群2趨于飽和水平(圖3)。

(3)α<1，β<1。因?yàn)樵诟偁幏N群1資源中種群2較弱，而在競爭種群2資源中種群1較弱，于是可以達(dá)到一個(gè)雙方共存的穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，這是種群競爭中很少出現(xiàn)的現(xiàn)象(圖4)。

(4)α>1，β>1。在競爭種群1資源中種群1較弱，在競爭種群2資源中種群2較弱，這種情況下必有一個(gè)種群要滅絕，而另一個(gè)種群將繼續(xù)生存。至于哪一個(gè)滅絕，哪一個(gè)繼續(xù)生存，不僅取決于模型中各系數(shù)之間的關(guān)系，還取決于2個(gè)種群競爭開始時(shí)刻數(shù)量的大小(圖5)。

3.3 農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)生態(tài)系統(tǒng)合作型模型及平衡分析

根據(jù)Lotka-Volterra種群進(jìn)化模型，構(gòu)建農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)2個(gè)種群合作型演化模型：

對(duì)于2個(gè)種群的合作型模型進(jìn)行穩(wěn)定性分析，可得出的結(jié)論如下：與競爭型模型類似，無法求出上述模型的解析解，只能通過數(shù)值解法來求數(shù)值解。而且利用微分方程的穩(wěn)定性理論分析可以得到：只有當(dāng)α<1，β>1，αβ<1時(shí)，種群1和種群2可以處于穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，即2個(gè)種群在同一環(huán)境里相互依存而共生(圖6)。

3.4 農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)生態(tài)系統(tǒng)競爭合作型模型及平衡分析

假設(shè)在用一個(gè)區(qū)域內(nèi)生存的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)種群1和種群2，它們相互之間的關(guān)系是競爭合作，那么整個(gè)系統(tǒng)的演化也可能表現(xiàn)為競爭合作型，這會(huì)造成產(chǎn)業(yè)之間既因資源爭奪而生產(chǎn)相互阻礙作用，又因資源共享而產(chǎn)生相互促進(jìn)作用。根據(jù)Lotka-Volterra種群進(jìn)化模型，構(gòu)建農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)2種群競爭合作型演化模型：

由上述Logistic模型進(jìn)行推導(dǎo)，可以得到農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)生態(tài)系統(tǒng)M個(gè)種群間的競爭合作型演化模型：

式中：αij為種群間競爭演化系數(shù)，當(dāng)i=j時(shí)，αij=1；βij為種群間合作演化系數(shù)，當(dāng)i=j時(shí)，βij=1。

4 結(jié)論

農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)種群間的關(guān)系，是農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部種群間協(xié)同演化過程中的決定性因素。若是當(dāng)產(chǎn)業(yè)種群之間處于競爭關(guān)系，雙方竭盡全力在爭奪有限資源的同時(shí)均無法實(shí)現(xiàn)其自身的規(guī)模最大化，占有的資源數(shù)目與各種群的競爭能力呈正相關(guān)；如果產(chǎn)業(yè)種群之間存在合作共生關(guān)系，由于合作所產(chǎn)生的共生協(xié)同效應(yīng)可以使得合作種群實(shí)現(xiàn)收益最大化，從而不斷地?cái)U(kuò)大自身的種群規(guī)模。綜上所述，建立一種健康均衡的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)生態(tài)系統(tǒng)可以發(fā)揮以下功能：推動(dòng)產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)內(nèi)部企業(yè)廣泛合作，創(chuàng)造出更多的剩余價(jià)值，優(yōu)化其相關(guān)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，從而產(chǎn)生最大的效益；排除協(xié)同演化過程中的惡性競爭，鼓勵(lì)適當(dāng)?shù)暮侠砀偁帲档鸵驉盒愿偁幩斐傻钠髽I(yè)整體利益損失的風(fēng)險(xiǎn)；具備對(duì)外界變化良好的敏感性和優(yōu)化能力，協(xié)調(diào)產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)內(nèi)部各企業(yè)之間的關(guān)系，使得在產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)中的各企業(yè)成為一個(gè)協(xié)同有機(jī)的整體。

[1]楊春河. 現(xiàn)代物流產(chǎn)業(yè)集群形成和演進(jìn)模式研究[D]. 北京：北京交通大學(xué)，2008.

[2]蘆彩梅. 基于復(fù)雜系統(tǒng)視角的產(chǎn)業(yè)集群演化研究[M]. 北京：經(jīng)濟(jì)科學(xué)出版社，2010.

[3]方永恒，許 晶. 產(chǎn)業(yè)集群系統(tǒng)協(xié)同演化動(dòng)力模型研究[J]. 西安建筑科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2011，43(1)：113-118.

[4]湯國生. 農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)集群的集聚機(jī)理[J]. 中國流通經(jīng)濟(jì)，2014，28(4)：65-69.

[5]柳曉玲，張曉芬. 產(chǎn)業(yè)集群生態(tài)系統(tǒng)演進(jìn)及平衡分析[J]. 遼寧工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版)，2014，16(5)：20-23.

[6]王 健，劉 荷. 跨國公司嵌入視角下物流產(chǎn)業(yè)集群網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)演化.中國流通經(jīng)濟(jì)，2015(8)：26-32.

[7]黃麗麗. 物流產(chǎn)業(yè)集群形成機(jī)理與空間結(jié)構(gòu)演化研究[D]. 成都：西南交通大學(xué)，2016(9)：28-32.

[8]付東明. 物流產(chǎn)業(yè)集群與城鎮(zhèn)化融合發(fā)展研究[D]. 沈陽：沈陽工業(yè)大學(xué)，2016(13)：28-32.

[9]Kabashkin I. Freight transport logistics in the Baltic Sea region. regional aspects[J]. Transport & Telecommunication，2012，13(1)：33-50.

[10]Pateman H， Cahoon S， Chen S L. The role and value of collaboration in the logistics industry：an empirical study in Australia[J]. Asian Journal of Shipping & Logistics，2016，32(1)：33-40.