产业集群是当今世界经济背景下的重要经济现象,是各国发展区域经济的一种有效组织模式。探寻产业集群的演化机理,揭示产业集群的发展规律对于提升集群企业核心竞争力和区域经济水平具有重要的意义。协同演化理论是现代演化经济学的理论前沿,它将单一的演化逻辑扩展到多层次的共同演化逻辑,对产业集群的演化研究更具有现实意义,能够更好的帮助我们深刻地理解产业集群的演变规律。因此,本文结合产业集群具有的生态学特点,对产业集群内外部协同演化的发展和演变机理进行了分析和研究。本文首先从生态学的角度出发,分析产业集群的生态学特性,通过产业集群与自然生态系统的生态对比,提出了产业集群生态系统的概念,分析了产业集群生态系统的构成、结构和特征等,构建了产业集群生态系统的理论体系。其次,本文在对产业集群生态系统的协同演化层次进行剖析的基础上,提出了产业集群生态系统在集群企业之间、产业种群之间、以及产业集群与外部环境之间三个层面上的协同演化理论模型,并逐个层次地阐述了协同演化的机理和模式。最后,本文将生态学对于协同演化研究的数学模型引入产业集群的协同演化研究中来,运用Lotka-Volterra模型和Tilman的集合种群模型(Meta-population Model)分别对产业集群内部种群之间协同演化过程和产业集群与外部环境的协同演化过程进行了数学描述,在此基础上运用仿真技术对演化过程进行了模拟,进一步验证了概念模型理论分析结果的正确性和生态学模型在产业集群协同演化研究中的适用性。本文还对中关村国家自主创新示范园区进行了相应的案例研究。本文研究的主要贡献在于将产业集群理论、组织生态学和协同演化理论三者有机地结合在一起,提出了一个多层嵌套的产业集群协同演化机理研究框架；同时对从理论角度提出的机理进行了仿真模拟和案例分析,实现了产业集群协同演化过程的定量和实证研究,弥补了当前协同演化研究只停留在理论层面而缺乏实证研究的不足。本次研究进一步丰富了产业集群演化的理论体系,对促进产业集群发展、提高产业集群竞争力具有十分重要的现实意义。