民國115年 普通考試 林業技術 林產學概要考古題
民國115年 普通考試 林業技術 林產學概要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
木材常被視為環境友善材料。請說明其相較於鋼材或混凝土在碳排放上
的優勢，以及林產工業在減碳方面可採取的兩項作法。（25 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、碳儲存與低碳循環：木材約有一半質量為碳，每立方公尺木材約可貯存零點八至一公噸二氧化碳當量；在永續經營與再造林前提下，木材生長吸收的二氧化碳可抵換其後端排放，形成生質碳循環。鋼材與混凝土則以礦物燃料與高溫製程為主，碳排放較難短期中和。
- 二、製程與隱含碳優勢：水泥熟料煅燒會使石灰石分解，產生大量製程二氧化碳；鋼鐵冶煉亦需焦炭還原與高溫熔煉，隱含碳高。木材以機械加工與乾燥為主，能源需求較低；若運輸距離短、乾燥熱源低碳，其全生命週期碳排放通常更低。
- 三、替代與延壽的減碳效果：以木構造、集成材（glulam）或直交集成板（CLT）替代鋼筋混凝土，可把碳長期固定在建築物中，並避免鋼材、水泥生產的排放。產品使用越久、越少更換，單位服務年限的碳排放越低；但膠合劑、防腐劑與運輸仍應計入。
- 四、作法一，加工餘料與剩餘資材的材料化、能源化：將鋸屑、刨花、樹皮、砂光粉等製成粒片板、纖維板、木質顆粒或進行氣化、燃燒發電與熱電聯產，可替代化石燃料並減少露天燃燒。應注意來源合法性、含水率、燃燒效率與空氣污染防制。
- 五、作法二，低碳製程與產品高值化：採用太陽能或餘熱乾燥、熱回收、精準切削與低能耗馬達，減少製程用電；推動防腐、防蟲、尺寸穩定處理以延長壽命，並建立碳足跡盤查、合法木材驗證與易拆解設計。生質能仍須確認永續供給，避免與糧食、生態競爭。
請說明木材的基本解剖構造，以及針葉樹與闊葉樹在外觀或構造上的兩
項主要差異。（25 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、巨觀構造：木材主要來自形成層向內分裂的次生木質部，外圍為樹皮，中心有髓心。橫切面可見年輪，每一生長季由顏色較淺、細胞腔大、壁薄的早材（earlywood）與顏色較深、壁厚的晚材（latewood）組成；靠近樹皮者為邊材（sapwood），顏色較深、含水率較低者常為心材（heartwood）。
- 二、細胞與細胞壁：針葉樹以管胞（tracheid）為主，闊葉樹則有導管（vessel）、纖維（fiber）與薄壁細胞（parenchyma）；另有射線（ray）負責徑向輸送與貯藏。細胞壁由中膠層（middle lamella）、初生壁及次生壁S1、S2、S3層構成，纖維素微纖絲（cellulose microfibril）埋於半纖維素與木質素基質中，並有紋孔（pit）相通。
- 三、針葉樹構造特徵：組織較單純均勻，管胞占絕大部分，兼具輸導與支持功能；多數種類無導管，常見樹脂溝（resin canal），射線多為單列且高度較小。早材至晚材的過渡可為急變或漸變，年輪界限通常明顯；因細胞排列規則，針葉樹材較易乾燥、加工，縱向強度佳。
- 四、闊葉樹構造特徵：具有導管，導管孔在橫切面呈孔洞，依孔洞分布可分環孔材（ring-porous wood）與散孔材（diffuse-porous wood）；並有纖維提供強度、薄壁細胞貯藏養分，射線寬窄不一。闊葉樹組織較複雜，密度與花紋變化大，乾燥時較易翹曲、開裂，但不少樹種材質堅硬、耐磨。
- 五、兩項主要差異與應用：第一，針葉樹以管胞為主、通常無導管，闊葉樹具導管並以纖維、薄壁細胞組成，故橫切面孔洞與組織比例不同。第二，針葉樹射線多細窄、材色與紋理較單純；闊葉樹射線與孔洞較發達，花紋較豐富。惟仍有例外，鑑定時應配合顯微特徵、氣味、密度與樹種檢索表。
請說明木材含水率之意義，以及其對木材強度與尺寸安定性之影響。
（25 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、意義與表示法：木材含水率（moisture content, MC）指木材中水分重量占絕乾材重的百分比，公式為MC＝（濕材重－絕乾重）／絕乾重×100%。水分以自由水（free water）存在於細胞腔，以結合水（bound water）吸附於細胞壁；當自由水剛好排空、細胞壁仍飽水時，稱纖維飽和點（fiber saturation point, FSP），約為28%至30%。
- 二、水分與平衡：木材會與周圍空氣交換水分，最終達到平衡含水率（equilibrium moisture content, EMC）；環境相對濕度高、溫度低時，EMC較高。乾燥初期先失去自由水，此時尺寸與強度變化不大；低於FSP後，結合水脫除，細胞壁開始收縮，木材性質才明顯改變。
- 三、對強度的影響：含水率低於FSP時，水分減少使細胞壁中纖維素與半纖維素間的氫鍵增加、微纖絲排列更緊密，故抗彎、抗壓、抗拉與彈性模數多隨含水率下降而上升；但過度乾燥會增加脆性與開裂風險。不同強度性質對含水率敏感度不一，比較時應校正至同一含水率，例如12%。
- 四、對尺寸安定性的影響：FSP以下，木材隨含水率升降而濕脹乾縮，且具異向性，收縮率通常弦向大於徑向、縱向最小；因此乾燥不當會產生翹曲、扭曲、端裂與表面裂，接合處亦可能鬆動。若成品含水率與使用環境EMC差距過大，日後變形更明顯。
- 五、控制原則：應依使用地區與場所設定目標含水率，採窯乾（kiln drying）、低溫漸進乾燥與平衡處理，並以電阻式或電容式含水率計品管；塗裝、封端、遮雨與通風可減緩吸濕。題目未提供樹種、尺寸與環境條件，無法計算具體收縮量或強度值，只能依FSP與異向性原則判定。
請說明木材的三大主要化學成分，及其各自的基本功能。（25 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、纖維素（cellulose）：由β-D-葡萄糖以β-1,4-糖苷鍵聚合而成，重複單元為纖維二糖，分子鏈聚集成微纖絲（microfibril），具結晶區與非結晶區，約占木材40%至50%。其功能是構成細胞壁的骨架，提供抗拉強度、尺寸穩定與韌性，是木材最重要的結構性聚合物。
- 二、半纖維素（hemicellulose）：由多種五碳糖與六碳糖組成的分支雜多醣，聚合度較低、易吸水與熱解，約占20%至30%。它填充於纖維素微纖絲之間，形成基質並以氫鍵連結，提供柔軟性、應力傳遞與水分散布功能，也影響木材的吸濕性、膠合與化學加工。
- 三、木質素（lignin）：由苯丙烷單元聚合而成的非晶形芳香族高分子，約占20%至30%，依樹種含癒創木基、紫丁香基等單元。其功能為包覆與交聯纖維素、半纖維素，形成疏水且剛硬的網狀結構，提供抗壓強度、尺寸安定、抗腐朽與抗紫外線能力，並使木材具天然顏色。
- 四、三者交互作用：木材可視為天然複合材料，纖維素微纖絲如鋼筋，半纖維素與木質素如基質與黏結劑；木質素含量高者通常較硬、較耐壓，半纖維素含量高者較易吸濕。三成分比例隨樹種、樹齡、心邊材與晚材率而異，並非固定值。
- 五、應用與限制：製漿造紙需以化學法去除木質素，保留纖維素；生質能源與生質精煉則可利用半纖維素、木質素轉化為糖類、酚類或燃料。木材膠合、防腐與尺寸穩定處理，須考慮各成分的反應性；抽出物（extractives）與灰分雖非三大成分，仍會影響顏色、耐久性與加工。