民國110年 高考三級 林業技術 森林生態學（包括保育）考古題
民國110年 高考三級 林業技術 森林生態學（包括保育）收錄考選部官方試題，共 4 題可線上瀏覽，考選部未公告本科目答案。
題目與答案
請試述天然或自我疏伐（Self-thinning）發生的原因、時機及其在林業實
務上之運用。若以S = D 表示天然疏伐開始後林木的胸高直徑或斷面
積（S）與當時林分密度（D）間之關係， 與 為模式之參數。請試述
參數所代表之生物意義及其一般估算值的範圍。（25 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、定義與發生原因：天然或自我疏伐（self-thinning）是指林分鬱閉後，隨著株數增加、每株可分得的資源減少，林木之間（主要為光，其次為水與養分）產生競爭，導致弱小個體生長受抑、死亡率上升，株數自然減少，而留存木的平均尺寸增大的密度依存死亡現象。競爭具有不對稱性，大樹取得優勢，因此死亡多集中於被壓木與下層木。
- 二、發生時機：通常在林分達到最大密度線（maximum density line）、臨界鬱閉或冠層完全閉合之後啟動；實務上以相對密度、樹冠競爭因子（CCF）、林分密度指數（SDI）判定。初期競爭階段死亡率低，隨密度增加進入疏伐階段，死亡率隨密度上升而加快，最後趨於穩定而形成自疏線。
- 三、模式與參數意義：題幹符號佚失，若假設常用形式 S = a·D^b，其中 S 為平均胸高直徑或斷面積、D 為林分密度，則 a 為截距，反映樹種、生育地品質與最大密度承載力；b 為斜率（自疏指數），反映競爭強度與異速生長關係，負值表示密度愈高、平均尺寸愈小。
- 四、參數估算範圍：以生物量或材積表示時，b 約為 −3/2（Yoda 之 −3/2 次方法則）；以胸徑與株數之 Reineke 式表示，斜率約 −1.6；以斷面積表示時，因斷面積近似恆定，b 接近 −1。a 為樹種特定值，耐陰性強、樹冠窄者通常較大，須以最大密度樣區迴歸估算，並隨生育地品質提升而增大。
- 五、林業運用與限制：可用於訂定密度管理圖、間伐時機與強度、目標直徑之最適密度、天然下種更新之密度控制，以及生物量與碳量推估，並判釋林分是否已進入競爭階段，避免過密導致生長停滯與風害。限制在於樹種與生育地差異大，須建立本地參數，且自疏線僅代表上限，不能直接視為最適經營密度。
請試述植群分析方法中分類（Classification）及分布序列（Ordination）
兩種方法在植物物種沿環境梯度如何分布觀點之差異及為何有該等差
異。（25 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、分類法（classification）：以植群社會學為基礎，如 Braun-Blanquet 學派，透過樣區間物種組成相似度，以 TWINSPAN、聚類分析等將樣區歸併為離散之群叢（association）。其假定群落為可辨識之實體，物種沿環境梯度呈階梯式替換，群叢之間具有明確界限。
- 二、分布序列法（ordination）：以梯度分析為核心，如 PCA、DCA、NMDS、CCA，將樣區或物種配置於少數排序軸上，軸向常與海拔、水分、養分等環境梯度相關。其假定植群為連續體（continuum），各物種依自身生態幅（ecological amplitude）沿梯度呈鐘形分布，邊界並不明確。
- 三、觀點差異：分類法強調成群與界限，認為物種共同出現可形成可命名之類型，環境梯度被化為少數離散單元；分布序列法強調連續與個別物種反應，保留梯度上的漸變資訊，可分別估計物種最適點與寬度。前者便於製圖與經營單位劃分，後者便於探測環境因子與物種反應曲線。
- 四、差異成因：其一為理論典範不同，Clements 之有機體論支持分類，Gleason 之個體論支持連續體；其二為環境梯度長度與異質性，梯度短而環境陡變時較易呈離散；其三為取樣尺度與物種解析度，大尺度、廣生態幅物種易呈連續；其四為分析方法之數學假設，聚類強制分割，排序保留連續變異；其五為分類帶有主觀判斷與目的差異。
- 五、綜合運用：實務上兩者互補，可先以分布序列找出主要環境梯度，再依梯度分段進行分類，或於分類後以排序驗證群叢間之環境區隔。操作時須注意資料轉換、稀有種處理與梯度長度（DCA 軸長）對方法選擇之影響，避免將連續變異誤判為離散群叢。
請試述人造林生態系自建造開始後其自營性呼吸速率（Autotrophic
Respiration）、異營性呼吸速率（Heterotrophic Respiration）、淨初級生產
力（Net Primary Productivity ）及淨生態系生產力（Net Ecosystem
Productivity）的碳通量（Carbon Flux）相對於粗初級生產力（Gross Primary
Productivity）隨時間大致之動態變化，並請試述為何適時伐採並利用將
有助於該人造林生態系單位面積總碳量之固定。（25 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、定義與通量關係：粗初級生產力（GPP）為總光合固碳量，自營性呼吸（Ra）為植物呼吸，淨初級生產力 NPP = GPP − Ra；異營性呼吸（Rh）為分解者呼吸，淨生態系生產力 NEP = NPP − Rh = GPP − Ra − Rh。造林後碳收支隨林分發育而變，可用齡級序列（chronosequence）或渦度協方差（eddy covariance）長期監測呈現。
- 二、Ra 與 Rh 之動態：造林初期 Ra 隨葉面積與活生物量增加而快速上升，至鬱閉後趨緩，Ra/GPP 由約 0.3 升至 0.6–0.7；Rh 初期因伐餘材、枯落物與土壤有機質分解而較高，隨後因新鮮凋落物增加而再上升，成熟期趨於與 NPP 接近平衡。
- 三、NPP 與 NEP 之動態：NPP 隨 GPP 上升而增加，但因 Ra 占比提高，NPP/GPP 由約 0.7 降至 0.3 左右；NEP 初期可能為負（碳源，Rh 大於 NPP），隨木質部累積轉為正，達最大值後因 Rh 增加與 GPP 趨平而下降，成熟林接近零（碳中性），此時單位面積總碳量接近飽和。
- 四、適時伐採有助固碳之理由：伐採可避免自然枯死木之緩慢分解及病蟲、火災造成之突發排放，將碳轉存於耐久木製品（harvested wood products），並替代化石材料與能源，形成替代效應（substitution effect）；同時使林分回到高 NPP 之幼齡階段，維持較高平均生長量，縮短達到最大累積碳量之時間。
- 五、限制與配套：伐採本身造成作業排放與土壤擾動，碳帳須考量產品半衰期與替代係數；宜採低傷害集材、保留枯落物與下層植生、延長產品使用年限，並以多輪伐期之平均碳量及景觀尺度評估，方能確保單位面積總碳量之淨固定。
請試述非耐陰性（Shade intolerant）及耐陰性（Shade tolerant）樹種之小
苗與稚樹如何偵測其所處之光環境是否受到上層林木遮蔽，並請試述耐
陰性樹種小苗與稚樹如何適應林冠下層之光環境。（25 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、光環境偵測之感光系統：小苗與稚樹以光敏素（phytochrome）感測紅光與遠紅光比值（R:FR），以隱花色素（cryptochrome）、向光素（phototropin）感測藍光，並以總光量（PPFD）與日夜變化判斷是否受上層林木遮蔽。冠層下 R:FR 常由約 1.2 降至 0.2–0.5，係最可靠之遮蔽訊號。
- 二、遮蔽判定與避陰反應：當 R:FR 下降，Pfr 比例降低，去黃化反應受抑，觸發避陰症候群（shade avoidance syndrome），包括莖伸長、節間拉長、分枝減少、葉片上舉（hyponasty）與提早開花。非耐陰樹種反應強烈，耐陰樹種較遲鈍，以節省碳並維持存活。
- 三、耐陰樹種之光合適應：具較低光補償點與暗呼吸率、較高表觀量子效率，葉綠素 b 與 LHCII 比例高、葉綠素 a/b 比低，葉片薄而大、比葉重（LMA）低、水平排列，光截取效率高；並可調整葉角與延長葉片壽命，以適應長期低光環境。
- 四、形態與資源策略：耐陰種小苗生長慢，於莖、根儲藏非結構性碳水化合物，具較高存活率與耐機械傷害能力；可維持等待型更新庫（advance regeneration），遇孔隙形成時迅速反應，並具萌蘗與延遲死亡特性，形成多齡層小苗庫。
- 五、族群與經營意涵：非耐陰種需依賴孔隙或大規模擾動更新，耐陰種可在林下持續等候；經營上可依樹種耐陰性設計皆伐、孔狀伐、擇伐與林下補植，調整林冠孔隙大小與光環境，並以 R:FR 與光量監測作為更新評估指標。