Multidimensional evaluation and barrier diagnosis of national innovation ecosystems under global competition: From the perspective of ecological niche

doi:10.3969/j.issn.1004-9479.2026.07.20250283

Abstract

Abstract:

In the context of global competition, a well-functioning national innovation ecosystem (NIE) serves as a critical driver for enhancing a country's comprehensive strength. This study constructed an evaluation system grounded in ecological niche theory. It applied the niche status, niche width and niche suitability model to assess the innovation ecosystems of major countries from 2006 to 2021 and diagnosed key obstacles affecting their development. The findings indicate that: ① China's niche status improved from poor to moderate, its niche width expanded significantly from an occasional to a companion species role, and substantial potential remains for further evolution in niche suitability.②The overall composite innovation niche of leading countries demonstrated steady growth, with the average value increasing from 0.22 in 2006 to 0.30 in 2021. The United States, Switzerland, Denmark, and Germany consistently ranked among the top performers, while China placed 13th in 2021, reflecting a combination of achievements and challenges in its innovation ecosystem development.③Technology and population niches represent the most significant criterion-level obstacles to global innovation advancement, whereas intellectual property protection, network communication capacity, and high-end patent applications constitute the primary index-level constraints within China's innovation ecology. Finally, this study proposes a series of feasible solutions for China's innovation ecological governance.

Key words: national innovation ecosystem, niche theory, niche model, niche indicators, barrier diagnosis

摘要：

在全球竞争不断加剧的背景下，创新生态系统的良好运行是增强国家综合实力的重要支撑。基于此，本研究构建了一套基于生态位理论的评价体系，使用生态位态势、宽度和适宜度模型，综合评估了2006—2021年全球核心国家的创新生态系统，并对其进行障碍度分析。研究结果表明：①中国生态位态势从态势较差提升到态势一般，生态位宽度从偶见种角色跨越到伴生种角色，生态位适宜度仍具较大优化空间。②主要国家的创新生态综合生态位整体稳步提升，其均值从2006年的0.22上升到2021年的0.30。其中美国、瑞士、丹麦和德国的生态位排名居于前列，而中国在2021年的排名为第13名，表明创新生态建设成效与短板并存。③技术与种群生态位成为制约全球创新发展的最大准则层障碍，而知识产权、网络通信与高端专利技术也成为中国创新生态系统主要指标层的桎梏。最后，本研究对中国创新生态治理提出一系列可行性建议。

关键词: 国家创新生态系统, 生态位理论, 生态位模型, 生态位指标, 障碍度诊断

Guoping ZHANG, Wei WU, Jingwen ZHOU, Neng SHEN. Multidimensional evaluation and barrier diagnosis of national innovation ecosystems under global competition: From the perspective of ecological niche[J]. World Regional Studies, 2026, 35(7): 67-79.

张国平, 吴威, 周静雯, 沈能. 全球竞争格局下国家创新生态系统的多维评价与障碍诊断——基于生态位的视角[J]. 世界地理研究, 2026, 35(7): 67-79.

Figures/Tables 8

Tab. 1 Evaluation index of national innovation ecosystem

生态要素	生态因子	衡量指标	序号	生态要素	生态因子	衡量指标	序号
种群生态位	创新生产者	世界500强企业数量/个	A1	技术生态位	市场成果	人均知识产权使用费收入/（美元/人）	C4
		世界大学排名前500高等院校数量/个	A2			人均高科技出口额/（美元/人）	C5
		产学研合作强度	A3			信息通信技术服务出口额/亿美元	C6
	创新服务者	商业银行分支机构数/万个	A4	生境生态位	经济支持	人均国内生产总值/（美元/人）	D1
资源生态位	创新资金	人均R&D经费支出/（美元/人）	B1		经济支持	人均居民消费水平/（美元/人）	D2
		R&D经费占GDP比重/%	B2		商业支持	市场支配程度指数	D3
		公共教育支出占GDP比重/%	B3			企业信息披露程度指数	D4
	创新人才	每百万人R&D研究人员/人	B4			企业道德指数	D5
		员工培训程度	B5		政策支持	知识产权保护指数	D6
		高等教育入学率/%	B6			反垄断政策有效性指数	D7
技术生态位	知识成果	每百万人专利申请数/（件/百万人）	C1			政府决策透明度指数	D8
		每百万人专利授权数/（件/百万人）	C2		数字支持	互联网服务器密度/（个/百万人）	D9
		每百万人发表科技论文数/（篇/百万人）	C3			互联网人数占人口比重/%	D10
		每百万人发表科技论文数/（篇/百万人）	C3			每百人固定宽带用户（户/百人）	D11

Tab. 2 The specific formula of niche models

$N i = T i + A i S i ∑ i = 1 n T i + A i S i$

$M i = ∑ j = 1 m N i j m$

N_i 为i国创新生态的生态位，T_i 为i国创新生态竞争力生态位的“态”值，即指标值；S_i 表示i国创新生态竞争力生态位的“势”值，即指标值的环比增长率。A_i 为量纲转化系数，这里的量纲转化系数恒为1；M_i 为i国的创新生态的态势生态位，N_ij 为i国的4个维度的生态位， m是一级指标的数量，m=4

生态位宽度

$B i = 1 ∑ j = 1 n p i j 2 = Y i 2 ∑ j = 1 n x i j' 2$

$x i j' = x i j - M i n i M a x i - M i n i; B ˆ i = B i - 1 n - 1$

p_ij 是资源j在国家i所有可利用资源中的占比，即x'_ij 与Y_i 的比值，p_ij 满足Σp_ij= 1。Y_i 是国家i 可利用所有资源的标准化总量。x'_j 是创新资源生态因子的观测值j ( j

∈

1，2，…，n)，采用标准化法转换得到标准化数据

生态位适宜度

$F t j = ∑ i = 1 n ω i δ m i n + α δ m a x δ i j + α δ m a x$

$= ∑ i = 1 n ω i m i n A + α m a x A B + α m a x B$

$A = x i' t j - x i' a; B = x i' t j - x i' a$

$δ i j ¯ = ∑ i = 1 n ∑ j = 1 m δ i j n m$

$E M = ∑ j = 1 n δ i j n$

将F(t_j )作为第t_j 时刻国家创新生态的生态位适度，而x'_i (t_j )和x'_i (a) (i=1，2，…，n；j=1，2，…，m)分别为第j时刻下创新生态因子的实际值和最适值的无量纲化值，其中 w _i (i=1，2，…，n)为生态因子的权重系数，α(0≤α≤1)为模型参数，大多数情况取

0.5。在一般情况下，创新生态系统的适宜度取值处于0与1之间，F(t_j )越接近1，表明各生态因子满足需求程度越高，相应的创新生态系统越适应环境发展要求，EM为进化动量的公式。整体公式参考文献^[4]

Tab. 2 The specific formula of niche models

模型

具体公式

详细说明

生态位态势

$N i = T i + A i S i ∑ i = 1 n T i + A i S i$

$M i = ∑ j = 1 m N i j m$

生态位宽度

$B i = 1 ∑ j = 1 n p i j 2 = Y i 2 ∑ j = 1 n x i j' 2$

$x i j' = x i j - M i n i M a x i - M i n i; B ˆ i = B i - 1 n - 1$

∈

1，2，…，n)，采用标准化法转换得到标准化数据

生态位适宜度

$F t j = ∑ i = 1 n ω i δ m i n + α δ m a x δ i j + α δ m a x$

$= ∑ i = 1 n ω i m i n A + α m a x A B + α m a x B$

$A = x i' t j - x i' a; B = x i' t j - x i' a$

$δ i j ¯ = ∑ i = 1 n ∑ j = 1 m δ i j n m$

$E M = ∑ j = 1 n δ i j n$

Tab.3 Niche measurement results of the national innovation ecosystem

国家	态势		宽度		适宜度		进化动量		综合生态位
国家	2006	2021	2006	2021	2006	2021	2006	2021	2006	2021
美国	0.55	0.64	0.79	0.88	0.62	0.66	0.68	0.60	0.84	0.99
瑞士	0.54	0.66	0.72	0.79	0.51	0.60	0.69	0.59	0.47	0.78
丹麦	0.51	0.57	0.69	0.75	0.47	0.56	0.70	0.66	0.36	0.65
爱尔兰	0.39	0.50	0.66	0.73	0.44	0.53	0.79	0.71	0.25	0.54
卢森堡	0.43	0.54	0.67	0.70	0.47	0.53	0.76	0.69	0.34	0.54
德国	0.45	0.50	0.67	0.81	0.47	0.51	0.75	0.71	0.34	0.48
日本	0.48	0.51	0.77	0.79	0.50	0.51	0.73	0.71	0.43	0.47
韩国	0.42	0.46	0.66	0.65	0.46	0.51	0.77	0.74	0.31	0.47
荷兰	0.45	0.52	0.67	0.74	0.46	0.50	0.75	0.70	0.33	0.45
瑞典	0.52	0.54	0.71	0.75	0.48	0.50	0.70	0.68	0.38	0.45
新加坡	0.42	0.53	0.59	0.70	0.45	0.50	0.77	0.69	0.27	0.45
芬兰	0.52	0.53	0.69	0.72	0.48	0.49	0.70	0.70	0.38	0.43
中国	0.17	0.36	0.40	0.66	0.41	0.50	0.92	0.81	0.07	0.40
挪威	0.45	0.50	0.66	0.68	0.45	0.48	0.75	0.71	0.30	0.39
英国	0.44	0.47	0.72	0.74	0.46	0.47	0.75	0.73	0.33	0.37
比利时	0.41	0.48	0.68	0.73	0.44	0.47	0.78	0.73	0.26	0.35
冰岛	0.47	0.47	0.66	0.70	0.46	0.47	0.74	0.74	0.33	0.34
澳大利亚	0.42	0.45	0.67	0.68	0.45	0.46	0.77	0.75	0.28	0.33
奥地利	0.40	0.46	0.63	0.72	0.44	0.46	0.78	0.74	0.26	0.33
法国	0.40	0.44	0.72	0.75	0.45	0.46	0.78	0.76	0.28	0.33

Tab. 4 The classification of ecological niche situation

类型	2006年	2021年
态势优良(0.6，1]	—	美国、瑞士
态势较好(0.4，0.6]	美国、瑞士、芬兰、瑞典、丹麦、日本、冰岛、荷兰、挪威、德国、英国、卢森堡、澳大利亚、韩国、新加坡、加拿大、比利时、奥地利、法国	丹麦、瑞典、卢森堡、新加坡、芬兰、荷兰、日本、德国、挪威、爱尔兰、比利时、英国、冰岛、韩国、奥地利、新西兰、澳大利亚、加拿大、法国
态势一般(0.2，0.4]	新西兰、爱尔兰、西班牙、爱沙尼亚、斯洛文尼亚、葡萄牙、马来西亚、意大利、南非、捷克、立陶宛、斯洛伐克、智利、希腊、拉脱维亚、匈牙利	爱沙尼亚、中国、斯洛文尼亚、葡萄牙、西班牙、捷克、意大利、马来西亚、立陶宛、希腊、波兰、智利、拉脱维亚、俄罗斯、斯洛伐克、土耳其、匈牙利、泰国、印度、南非、印度尼西亚、巴西
态势较差(0，0.2]	波兰、泰国、印度、土耳其、巴西、中国、印度尼西亚、俄罗斯、墨西哥、菲律宾	菲律宾、墨西哥

Tab. 5 K-Means clustering of niche breadth

类型	2006年	2021年
优势种	美国	美国、德国、瑞士、日本
亚优势种	日本、瑞士、法国、英国、瑞典、芬兰、加拿大、丹麦、比利时、荷兰、德国	法国、瑞典、丹麦、英国、荷兰、爱尔兰、比利时、芬兰、奥地利、加拿大、新加坡、卢森堡、冰岛、挪威、澳大利亚
伴生种	卢森堡、澳大利亚、冰岛、韩国、意大利、挪威、爱尔兰、奥地利、斯洛文尼亚、新西兰、西班牙、新加坡、葡萄牙、捷克、爱沙尼亚、立陶宛、拉脱维亚、匈牙利、波兰、希腊、斯洛伐克、巴西	中国、韩国、意大利、新西兰、斯洛文尼亚、西班牙、爱沙尼亚、葡萄牙、捷克、立陶宛、波兰、俄罗斯、斯洛伐克、拉脱维亚、匈牙利
偶见种	俄罗斯、马来西亚、智利、土耳其、墨西哥、中国、泰国、南非、印度、菲律宾、印度尼西亚	巴西、印度、泰国、马来西亚、智利、土耳其、希腊、墨西哥、南非、印度尼西亚、菲律宾

Fig. 1 Diagnosis of group heterogeneity barriers in the NIE

Fig.2 Main obstacle factors of NIE

Tab. 6 Main obstacle factors of three groups of national innovation ecosystem

组别	年份	障碍因子（障碍度/ %）
组别	年份	1	2	3	4	5	6
高GDP组	2006	D9(14.91)	C4(14.41)	A1(12.40)	A2(10.29)	C6(9.50)	C2(7.25)
	2011	D9(15.12)	C4(13.92)	A1(12.74)	A2(10.55)	C6(9.35)	C2(7.19)
	2016	D9(15.15)	C4(13.77)	A1(12.86)	A2(10.75)	C6(9.31)	C2(7.08)
	2021	D9(13.79)	C4(13.53)	A1(13.37)	A2(11.18)	C6(9.28)	C2(7.31)
中GDP组	2006	C4(14.56)	A1(14.19)	D9(14.12)	A2(11.50)	C6(9.18)	C2(6.98)
	2011	C4(14.57)	A1(14.44)	D9(14.33)	A2(11.69)	C6(9.23)	C2(6.87)
	2016	A1(14.75)	C4(14.75)	D9(14.33)	A2(11.94)	C6(9.36)	C2(6.51)
	2021	A1(15.35)	C4(15.22)	D9(12.53)	A2(12.40)	C6(9.57)	C2(6.64)
低GDP组	2006	C4(14.92)	A1(14.49)	D9(14.18)	A2(11.76)	C6(9.21)	C2(7.21)
	2011	C4(15.08)	A1(14.74)	D9(14.40)	A2(11.95)	C6(9.28)	C2(7.02)
	2016	C4(15.22)	A1(14.96)	D9(14.07)	A2(12.12)	C6(9.29)	C2(6.67)
	2021	C4(16.01)	A1(15.92)	D9(10.72)	A2(12.93)	C6(9.16)	C2(6.94)

References 37

[1]	ANDERSSON U, DASÍ Á, MUDAMBI R, et al. Technology, innovation and knowledge: The importance of ideas and international connectivity. Journal of World Business, 2016, 51(1): 153-162.
[2]	SCHOFF J.US-Japan Technology policy coordination: Balancing technonationalism with a globalized world. Carnegie Endowment for International Peace, 2022.
[3]	FUKUDA K, WATANABE C.Japanese and US perspectives on the National Innovation Ecosystem. Technology in Society, 2008, 30(1): 49-63.
[4]	XIE X, LIU X, BLANCO C. Evaluating and forecasting the niche fitness of regional innovation ecosystems: A comparative evaluation of different optimized grey models. Technological Forecasting and Social Change, 2023, 191: 122473.
[5]	王高峰,杨浩东,汪琛.国内外创新生态系统研究演进对比分析:理论回溯、热点发掘与整合展望.科技进步与对策,2021,38(04):151-160.
	WANG G, YANG H, WANG C. Comparative analysis of the evolution of innovation ecosystem research at home and abroad: Theoretical retrospect, hot spot exploration and integration prospects . Science and Technology Progress and Countermeasures, 2021,38(04):151-160.
[6]	KWAK K, KIM W, PARK K. Complementary multiplatforms in the growing innovation ecosystem: Evidence from 3D printing technology. Technological Forecasting and Social Change, 2018, 136: 192-207.
[7]	DEDEHAYIR O, MÄKINEN S, ORTT J. Roles during innovation ecosystem genesis: A literature review. Technological Forecasting and Social Change, 2018, 136: 18-29.
[8]	SUSENO Y, STANDING C. The systems perspective of national innovation ecosystems. Systems Research and Behavioral Science, 2018, 35(3): 282-307.
[9]	宫建霞,李廉水,赵林度.国家健康创新能力评价及国际比较研究.科学管理研究,2021,39(05):13-20.
	GONG J, LI L, ZHAO L. Evaluation and international comparison of national health innovation ability . Scientific Management Research, 2021,39(05):13-20.
[10]	柳玉梅,陈灵芝,孙玉涛.国家创新治理体系:发展水平、关键要素及适应性——一项中国与OECD国家的比较.科学学研究,2024,42(03):660-672.
	LIU Y, CHEN L, SUN Y. National innovation governance systems: Level of development, key elements and adaptability: A comparison between China and OECD countries . Research in Science of Science, 2024,42(03):660-672.
[11]	朱承亮.国家科技创新效率测算与国际比较.中国软科学,2023(01):1-12.
	ZHU C. Estimation and international comparison of national S&T innovation efficiency . China Soft Science,2023(01):1-12.
[12]	易继承,张璐.基于三阶段DEA模型的创新型国家创新效率测度.统计与决策,2021,37(08):81-85.
	YI J, ZHANG L. Measurement of innovation efficiency of innovation-oriented countries based on three-stage DEA model . Statistics and Decision, 2021,37(08):81-85.
[13]	HUANG Y, LI K, LI P. Innovation ecosystems and national talent competitiveness: A country-based comparison using fsQCA. Technological Forecasting and Social Change, 2023, 194: 122733.
[14]	张光宇,刘苏,刘贻新,等.新型研发机构核心能力评价:生态位态势视角.科技进步与对策,2021,38(08):136-144.
	ZHANG G, LIU S, LIU Y, et al. Evaluation of the core competence of new R&D institutions: The perspective of Niche Ecostate-ecorole . Science and Technology Progress and Policy,2021,38(08):136-144.
[15]	SHUAI J, ZHAO Y, SHUAI C, et al. Assessing the international co-opetition dynamics of rare earth resources between China, USA, Japan and the EU: An ecological niche approach. Resources Policy, 2023, 82: 103446.
[16]	PENG B, ZHENG C, WEI G, et al. The cultivation mechanism of green technology innovation in manufacturing industry: From the perspective of ecological niche. Journal of Cleaner Production, 2020, 252: 119711.
[17]	ZOU Y, MENG F, BI J, et al. Evaluating sustainability of cultural festival tourism: From the perspective of ecological niche. Journal of Hospitality and Tourism Management, 2021, 48: 191-199.
[18]	吕鲲,潘均柏,林志森,等.创新型省份建设、区域数智化和区域创新生态系统竞争力——影响机制与准自然实验.研究与发展管理,2024,36(06):137-150.
	LYU K, PAN J, LIN Z, et al. Innovative province construction, regional smartization, and competitiveness of regional innovation ecosystems—Mechanism of influence and quasi-natural experiments. Research and Development Management, 2024,36(06):137-150.
[19]	ACKERMANN M, DOEBELI M. Evolution of niche width and adaptive diversification. Evolution, 2004, 58(12): 2599-2612.
[20]	MENG Y, ZHANG Y, HOU Z, et al. Niche fitness of digital innovation ecosystems: Evaluation, dynamic evolution and spatial effects. European Journal of Innovation Management, 2026, 29(2): 647-675.
[21]	刘思婧,孙文杰,李国旗.基于生态位理论的重庆市物流企业优势区位及影响因素研究.地理科学,2020,40(03):393-400.
	LIU S, SUN W, LI G. Study on the advantageous location and influencing factors of logistics enterprises in Chongqing based on niche theory .Geographical Science, 2020,40 (03) : 393-400.
[22]	贺小荣,彭坤杰.生态位理论视角下湖南省城市旅游脆弱性评价.经济地理,2021,41(04):174-182.
	HE X, PENG K. Evaluation of urban tourism vulnerability in Hunan Province from the perspective of niche theory .Economic Geography, 2021,41 (04) : 174-182.
[23]	陈凤桂,张虹鸥,陈伟莲,等.基于生态位理论的产业发展适宜性综合评价——以广东为例.人文地理,2011,26(06):120-126.
	CHEN F, ZHANG H, CHEN W, et al. Comprehensive evaluation of industrial development suitability based on niche theory-taking Guangdong as an example.Human Geography, 2011,26 ( 06 ) : 120-126.
[24]	解学梅,刘晓杰.区域创新生态系统生态位适宜度评价与预测——基于2009-2018中国30个省市数据实证研究.科学学研究,2021,39(09):1706-1719.
	XIE X, LIU X. Evaluation and prediction of niche suitability of regional innovation ecosystem:An empirical study based on data of 30 provinces and cities in China from 2009 to 2018 .Studies in Science of Science, 2021,39 (09) : 1706-1719.
[25]	熊琛然,王礼茂,屈秋实,等.生态位视角下中美经济权力关系演变.经济地理,2018,38(11):1-10.
	XIONG C, WANG L, QU Q, et al. The evolution of Sino-US economic power relations from the perspective of ecological niche .Economic Geography, 2018,38 (11) : 1-10.
[26]	牛继强,程启先,刘萧倩,等.河南省区域科技创新能力测度、时空演化及障碍因子.地域研究与开发,2025,44(02):64-71.
	NIU J, CHENG Q, LIU X, et al. Regional scientific and technological innovation capability measurement, spatiotemporal evolution and its obstacle factors in Henan Province. Regional Research and Development,2025,44(02):64-71.
[27]	万婷,吕添贵,付舒斐.江西省科技孵化机构服务水平评价及障碍因素诊断.科技管理研究,2025,45(10):50-60.
	WAN T, LYU T, FU S. Evaluation of service level and diagnosis of obstacle factors of jiangxi science and technology incubation institutions . Science and Technology Management Research, 2025,45(10):50-60.
[28]	SHEN Z, BAI K, HONG T, et al. Evaluation of carbon shadow price within a non-parametric meta-frontier framework: The case of OECD, ASEAN and BRICS. Applied Energy, 2021, 299: 117275.
[29]	陈凯华,张超,薛晓宇.国家创新力测度与国际比较:2006—2020年.中国科学院院刊,2022,37(05):685-697.
	CHEN K, ZHANG C, XUE X. Measurement and international comparison of national innovation capacity: 2006-2020 .Bulletin of Chinese Academy of Sciences,2022,37(05):685-697.
[30]	胡雅蓓,夏勇.生态位视角下创新型产业集群竞争力测度研究.统计与信息论坛,2024,39(01):30-43.
	HU Y, XIA Y. Research on the competitiveness measurement of innovative industrial clusters from the perspective of niche .Statistics and Information Forum, 2024,39 (01) : 30-43.
[31]	SHAW D R, ALLEN T. Studying innovation ecosystems using ecology theory. Technological Forecasting and Social Change, 2018, 136: 88-102.
[32]	RUGGIERO S, MARTISKAINEN M, ONKILA T. Understanding the scaling-up of community energy niches through strategic niche management theory: Insights from Finland. Journal of Cleaner Production, 2018, 170: 581-590.
[33]	SILLERO N, ARENAS-CASTRO S, ENRIQUEZ‐URZELAI U, et al. Want to model a species niche? A step-by-step guideline on correlative ecological niche modelling. Ecological Modelling, 2021, 456: 109671.
[34]	李建春,袁文华,吴美玉,等.城市文化产业生态位测度及空间网络效应.经济地理,2018,38(08):116-123.
	LI J, YUAN W, WU M, et al. Urban cultural industry niche measurement and spatial network effect .Economic Geography, 2018,38 (08) : 116-123.
[35]	丁雪,杨忠.基于生态位理论的我国创新链竞争力评价.统计与决策,2023,39(04):173-177.
	DING X, YANG Z. Evaluation of China's innovation chain competitiveness based on niche theory .Statistics and Decision-making, 2023,39 (04) : 173-177.
[36]	周德,戚佳玲,钟文钰,等.城市群城乡融合发展:测度评价、障碍因素与驱动因素.地理研究,2023,42(11):2914-2939.
	ZHOU D, QI J, ZHONG W, et al. Urban-rural integration development of urban agglomeration : Measurement evaluation, obstacle factors and driving factors .Geographical Research, 2023,42 (11) : 2914-2939.
[37]	孙丽文,任相伟.基于生态位理论的我国文化创意产业发展评价研究.北京交通大学学报(社会科学版),2020,19(01):64-76.
	SUN L, REN X. Research on the evaluation of the development of cultural and creative industries in China based on niche theory .Journal of Beijing Jiaotong University ( Social Science Edition ), 2020,19 (01) : 64-76.