113 年 國立宜蘭大學森林暨自然資源學系碩士班《森林學(森林生態、育林、經營與利用)》

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第 一 題15 分

一、 生態氣候圖(Ecological climate diagram)是用來描述當地生物與氣候的重要工具。下表為臺灣某地點之長期氣候觀測資料,請依該表資料繪製一張生態氣候圖(8分),並依圖描述本地點的生態氣候特徵與可能的森林形相(7分)?

海拔:50m

JanFebMarAprMayJunJulAugSepOctNovDec
降雨量(mm)19.117.732.368.4202.2416.2377.2512.4224.553.425.619.2
月均低溫(℃)16.217.219.722.825.226.326.726.325.924.421.617.9
月均溫(℃)19.720.723.025.727.828.929.428.928.526.924.521.2
月均高溫(℃)24.225.027.029.331.032.132.732.131.830.128.125.3

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本題主要考驗學生對生態氣候圖的理解與應用能力。生態氣候圖是將月平均氣溫與月平均降水量繪製於同一張圖上,以直觀地呈現一個地區的氣候特徵,並推斷其潛在的植被類型。

繪製生態氣候圖 (8分)

生態氣候圖通常以月為單位,橫軸為月份,縱軸通常為降水量(左軸)和氣溫(右軸)。繪製時需注意以下幾點:

  1. 座標軸設定:

    • 橫軸:標示月份,從一月到十二月。
    • 左縱軸:標示月平均降水量 (mm)。從圖表中可見,降水量範圍約在 17.7 mm 至 512.4 mm 之間,需合理設定刻度,例如從 0 開始,最高到 550 mm 左右。
    • 右縱軸:標示月平均氣溫 (°C)。從圖表中可見,月均溫範圍約在 19.7°C 至 29.4°C 之間,月均低溫範圍約在 16.2°C 至 26.7°C 之間,月均高溫範圍約在 24.2°C 至 32.7°C 之間。一般生態氣候圖常用氣溫的「月均溫」來繪製,其範圍約在 16°C 至 33°C 之間,可設定從 15°C 到 35°C。
    • 比例尺設定:氣溫和降水量的比例尺設定非常重要,常用的比例是「氣溫每上升 1°C,相當於降水量增加 2 mm」,即 1°C : 2 mm。這意味著在圖上,氣溫曲線每升高 1 個單位,降水量曲線也應相對上升 2 個單位,以保持氣候的相對強度。
  2. 數據繪製:

    • 降水量:將各月份的降水量數據點標示在對應的月份和降水量刻度上,然後用曲線連接。
    • 月均溫:將各月份的月均溫數據點標示在對應的月份和氣溫刻度上,然後用曲線連接。
    • 月均低溫:此數據也是重要參考,雖然標準生態氣候圖不一定繪製,但在此題中可考慮一併繪製或標示,以輔助判斷。若繪製,則需在右側另設一條溫度軸。
  3. 圖表標示:

    • 標題:明確標示「生態氣候圖」。
    • 地點:標示「臺灣某地點」。
    • 海拔:標示「50m」。
    • 座標軸標籤:標示「月份」、「降水量 (mm)」、「氣溫 (°C)」。
    • 圖例:標示曲線代表的數據(如:降水量、月均溫)。

依圖描述生態氣候特徵與可能森林形相 (7分)

繪製完成生態氣候圖後,需根據圖表特徵進行分析:

  1. 氣候特徵分析:
    • 溫度:
      • 整體溫度偏高,月均溫都在 19.7°C 以上,年均溫約為 24.4°C。
      • 月均低溫最低為 16.2°C (一月),月均高溫最高為 32.7°C (七月)。
      • 全年無明顯的寒冷季節,月均溫差異相對較小,顯示為熱帶或亞熱帶氣候。
      • 溫度曲線相對平緩,季節性變化不明顯。
    • 降水量:
      • 年總降水量約為 19.1 + 17.7 + 32.3 + 68.4 + 202.2 + 416.2 + 377.2 + 512.4 + 224.5 + 53.4 + 25.6 + 19.2 = 1948.7 mm。
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第 二 題10 分

二、 植群帶(Vegetation zone)是植物社會受到大氣候影響下的分化結果,在世界上的分布可分為水平植群帶與垂直植群帶兩種主要現象。請各舉一個水平植群帶與垂直植群帶的例子,並簡要說明該案例的地理位置及成因(10分)。

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本題考查學生對植群帶概念的理解,特別是水平和垂直植群帶的區別、成因及具體案例。

核心觀念:
植群帶是指由於氣候、土壤、地形等環境因子影響,在廣闊區域內形成的具有相似植被特徵的地理區域。水平植群帶主要受緯度、大陸性程度等影響,垂直植群帶則主要受海拔高度影響。

解題步驟:

  1. 定義水平植群帶與垂直植群帶:

    • 水平植群帶 (Latitudinal or Zonal Vegetation Zones):主要沿著緯度方向,隨著緯度的變化,太陽輻射強度、氣溫、降水量等氣候因子發生規律性變化,進而形成不同的植被帶。例如,從赤道向兩極,依次出現熱帶雨林、熱帶草原、荒漠、溫帶森林、寒帶針葉林、苔原等。
    • 垂直植群帶 (Altitudinal or Azonal Vegetation Zones):主要發生在山地地區,隨著海拔高度的增加,氣溫下降,濕度、光照、風力等條件也發生變化,形成類似於緯度帶的植被垂直變化。例如,在低海拔地區可能是常綠闊葉林,隨著海拔升高,可能出現落葉闊葉林、針葉林、高山草甸、冰雪帶等。
  2. 舉例說明:

    • 水平植群帶例子:溫帶落葉闊葉林 (Temperate Deciduous Broadleaf Forest)
      • 地理位置:主要分布於北半球中緯度地區,例如歐洲中部、北美洲東部、東亞(中國東北、朝鮮半島、日本部分地區)。
      • 成因:
        • 氣候:屬於溫帶大陸性氣候或溫帶海洋性氣候,具有明顯的四季變化,夏季溫暖濕潤,冬季寒冷。年平均氣溫約在 5°C 至 15°C 之間,年降水量約 750 至 1500 mm,且季節分布相對均勻。
        • 植被特徵:主要由落葉闊葉樹種組成,如橡樹 (Quercus)、楓樹 (Acer)、山毛櫸 (Fagus) 等。
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第 三 題15 分

三、 試說明何謂種子休眠(seed dormancy),在自然生態環境中其功能為何?再者種子休眠的形式有哪些?可以透過哪些方法解除?(15分)

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本題考查學生對種子休眠的理解,包括其定義、生態功能、類型以及解除方法。

核心觀念:
種子休眠是指種子在生理上或物理上,即使處於有利於萌發的環境條件下(如溫暖、濕潤、有氧氣),仍然無法發芽的現象。這是一種重要的生態適應機制,確保種子在適當的時機萌發,提高後代的存活率。

解題步驟:

  1. 定義種子休眠 (Seed Dormancy)
    種子休眠是一種延遲種子萌發的生理或物理屏障。即使種子暴露在理想的萌發條件(溫度、水分、氧氣、光照等)下,也無法啟動萌發過程。休眠的種子可以長時間保持活力,等待有利的時機。

  2. 種子休眠在自然生態環境中的功能
    種子休眠具有多重重要的生態功能,主要體現在提高物種的生存和傳播機率:

    • 時間上的錯開 (Temporal Separation):確保種子不在不利的環境條件下(如嚴寒、乾旱、缺乏光照、有病原菌威脅)萌發,避免幼苗夭折。例如,在秋季成熟的種子,若立即萌發,將無法度過寒冷的冬季。休眠能讓種子等到春季回暖後再萌發。
    • 空間上的擴散 (Spatial Dispersal):休眠的種子可以隨風、水、動物等傳播媒介移動到更遠的地方。在傳播過程中,種子可能經歷各種環境考驗,這些考驗(如通過動物消化道、被埋藏、摩擦等)本身也可能起到打破休眠的作用。
    • 種群的穩定性 (Population Stability):種群中存在不同程度休眠的種子,可以形成「種子庫 (seed bank)」。這意味著即使當年生產的種子因環境不利而無法萌發,種子庫中的休眠種子也能保證未來環境改善時種群的恢復和延續。
    • 對特定環境的適應 (Adaptation to Specific Environments):對於某些生態系統,如火災頻發的地區,種子休眠是物種得以在火後迅速恢復的關鍵。例如,某些植物的種子在經歷高溫(火燒)後才能打破休眠。
  3. 種子休眠的形式 (Types of Seed Dormancy)
    種子休眠主要可分為兩大類:

    • 外在休眠 (Exogenous Dormancy):由種皮或果皮等種子外部結構造成的休眠。

      • 種皮的物理屏障:種皮過於堅硬、不透水或不透氣,阻止水分和氧氣進入胚部,從而抑制萌發。
        • 例子:豆科植物(如苜蓿、三葉草)、錦葵科植物(如蜀葵)。
      • 種皮的化學抑制:種皮或果皮含有抑制萌發的化學物質(如酚類、黃酮類、兒茶素等),這些物質會隨時間或特定環境條件(如淋溶)而分解或被洗出。
        • 例子:某些草本植物、雜草。
      • 對光照的反應:某些種子在黑暗中萌發,在光照下休眠(陽性休眠),或反之(陰性休眠)。
        • 例子:生菜 (Lactuca sativa) 屬於陽性休眠。
    • 內在休眠 (Endogenous Dormancy):由胚本身生理或生化上的原因造成的休眠。

      • 胚發育不完全 (Incompletely Developed Embryo):胚在種子成熟時尚未完全發育成熟,需要經過一段時間的貯藏或環境刺激後才能完
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第 四 題10 分

四、 試申述育林撫育方法對於森林碳收支的影響。(10分)

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本題考查學生對育林撫育方法如何影響森林碳收支的理解。這是一個結合森林經營學與生態學的題目。

核心觀念:
森林碳收支是指森林生態系統在一定時間內,通過光合作用吸收的碳量與通過呼吸作用(包括植物呼吸、土壤微生物呼吸、分解者呼吸)釋放的碳量之間的差額。正值表示森林為碳匯(吸收的碳多於釋放的),負值表示森林為碳源(釋放的碳多於吸收的)。育林撫育方法通過影響森林的生長、死亡、分解等過程,進而改變碳的吸收和釋放速率。

解題步驟:

  1. 定義森林碳收支:
    森林碳收支 = 總碳吸收量 (主要來自光合作用) - 總碳釋放量 (植物呼吸 + 土壤呼吸 + 分解者呼吸 + 森林火災等)。

  2. 申述育林撫育方法對碳收支的影響:
    育林撫育方法眾多,其對碳收支的影響通常是複雜且隨時間變化的。主要可以從以下幾個方面闡述:

    • 促進生長,增加碳匯能力:

      • 疏伐 (Thinning):通過去除部分樹木,減少林內競爭,為保留的優勢木提供更充足的光、水、養分,從而加速其生長速率。生長加快意味著單位時間內光合作用吸收的碳量增加。雖然疏伐本身會移除部分生物量(碳),但若能顯著提高剩餘木的生長量,長期來看,能增加林分總儲碳量。
      • 修枝 (Pruning):去除枯死或病弱枝條,有時也去除過密枝條,有助於提高樹木的生長勢和木材品質。雖然修枝移除的生物量較少,但能間接促進樹木生長。
      • 撫育採伐 (Intermediate Harvest / Improvement Cutting):目的在於改善林分結構,淘汰劣材,為優勢木創造生長空間。這與疏伐類似,能促進保留木的生長,增加總碳匯。
      • 施肥 (Fertilization):在養分限制的環境下,適當施肥可以顯著提高樹木的生長速率,從而增加光合作用對碳的吸收。
    • 影響碳的釋放:

      • 疏伐、撫育採伐:採伐下來的木材,如果被移除林外用於生產木製品,其碳可以被長期儲存(木材產品的碳儲存)。若這些採伐物在林內腐爛,則會釋放碳。撫育採伐的頻率和強度會影響林下枯枝落葉的量,進而影響土壤呼吸和分解速率。
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第 五 題15 分

五、 現在已邁入碳權交易買賣的時代,經營林地來獲取碳權越顯重要。若1公頃林地的初始種植成本300元,第10年疏伐花費50元,而第30年起可販售碳權,例如齡級30年可收穫5公噸的碳,齡級50年可收獲15公噸的碳。若目前的碳價格為200元/公噸,銀行利率4%,請問輪伐期30年和50年的淨現值分別是多少?哪一個輪伐期較為適當?(計算至小數點第2位)(註: 1.0410=1.481.04^{10} = 1.48, 1.0430=3.241.04^{30} = 3.24, 1.0450=7.111.04^{50} = 7.11)(15分)

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本題考查學生運用淨現值 (Net Present Value, NPV) 方法進行永續經營的經濟效益評估,特別是與碳權收益結合的林業經營決策。

核心觀念:
淨現值 (NPV) 是指未來所有現金流入的現值減去所有現金流出的現值。在林業經營決策中,NPV 用來評估不同經營方案(如不同的輪伐期)的經濟價值,選擇 NPV 最高的方案。永續經營下的決策,常需要考慮不同輪伐期下的「永續年金淨現值」或「單位面積淨現值」。本題要求計算不同輪伐期下的淨現值,並比較適當性。

解題步驟:

  1. 理解現金流量:

    • 初始成本:第 0 年,種植成本 300 元/公頃。
    • 中間成本:第 10 年,疏伐成本 50 元/公頃。
    • 未來收益 (碳權):
      • 齡級 30 年:可販售 5 公噸碳。
      • 齡級 50 年:可販售 15 公噸碳。
    • 碳權價格:200 元/公噸。
    • 銀行利率 (折現率):4% (即 i=0.04i = 0.04)。
    • 輪伐期:30 年或 50 年。
  2. 計算輪伐期為 30 年的淨現值 (NPV30):

    • 現金流出:
      • 第 0 年:-300 元
      • 第 10 年:-50 元
    • 現金流入:
      • 第 30 年:碳權收入 = 5 公噸碳 × 200 元/公噸 = 1000 元。
    • 折現率:i=0.04i = 0.04。
    • 折現因子:
      • 1/(1+i)10=1/1.0410=1/1.48≈0.67571/(1+i)^{10} = 1/1.04^{10} = 1/1.48 \approx 0.6757
      • 1/(1+i)30=1/1.0430=1/3.24≈0.30861/(1+i)^{30} = 1/1.04^{30} = 1/3.24 \approx 0.3086
    • 計算 NPV30:
      NPV30=(第0年現金流)+(第10年現金流×1(1+i)10)+(第30年現金流×1(1+i)30)NPV_{30} = (\text{第0年現金流}) + (\text{第10年現金流} \times \frac{1}{(1+i)^{10}}) + (\text{第30年現金流} \times \frac{1}{(1+i)^{30}})
      NPV30=−300+(−50×11.0410)+(1000×11.0430)NPV_{30} = -300 + (-50 \times \frac{1}{1.04^{10}}) + (1000 \times \frac{1}{1.04^{30}})
      NPV30=−300+(−50×11.48)+(1000×13.24)NPV_{30} = -300 + (-50 \times \frac{1}{1.48}) + (1000 \times \frac{1}{3.24})
      NPV30=−300+(−50×0.675675...)+(1000×0.308641...)NPV_{30} = -300 + (-50 \times 0.675675...) + (1000 \times 0.308641...)
      NPV30=−300−33.7837...+308.641...NPV_{30} = -300 - 33.7837... + 308.641...
      NPV30=74.857...NPV_{30} = 74.857...
      四捨五入至小數點後兩位:NPV30≈74.86NPV_{30} \approx 74.86 元。
  3. 計算輪伐期為 50 年的淨現值 (NPV50):

    • 現金流出:
      • 第 0 年:-300 元
      • 第 10 年:-50 元
    • 現金流入:
      • 第 50 年:碳權收入 = 15 公噸碳 × 200 元/公噸 = 3000 元。
    • 折現率:i=0.04i = 0.04。
    • 折現因子:
      • 1/(1+i)10=1/1.0410=1/1.48≈0.67571/(1+i)^{10} = 1/1.04^{10} = 1/1.48 \approx 0.6757
      • 1/(1+i)50=1/1.0450=1/7.11≈0.140646...1/(1+i)^{50} = 1/1.04^{50} = 1/7.11 \approx 0.140646...
    • 計算 NPV50:
      NPV50=(第0年現金流)+(第10年現金流×1(1+i)10)+(第50年現金流×1(1+i)50)NPV_{50} = (\text{第0年現金流}) + (\text{第10年現金流} \times \frac{1}{(1+i)^{10}}) + (\text{第50年現金流} \times \frac{1}{(1+i)^{50}})
      NPV50=−300+(−50×11.0410)+(3000×11.0450)NPV_{50} = -300 + (-50 \times \frac{1}{1.04^{10}}) + (3000 \times \frac{1}{1.04^{50}})
      NPV50=−300+(−50×11.48)+(3000×17.11)NPV_{50} = -300 + (-50 \times \frac{1}{1.48}) + (3000 \times \frac{1}{7.11})
      NPV50=−300−33.7837...+(3000×0.140646...)NPV_{50} = -300 - 33.7837... + (3000 \times 0.140646...)
      NPV50=−300−33.7837...+421.938...NPV_{50} = -300 - 33.7837... + 421.938...
      NPV50=88.154...NPV_{50} = 88.154...
      四捨五入至小數點後兩位:NPV50≈88.15NPV_{50} \approx 88.15 元。
  4. 比較哪個輪伐期較為適當:

    • NPV30≈74.86NPV_{30} \approx 74.86 元

    • NPV50≈88.15NPV_{50} \approx 88.15 元

    • 由於 NPV50 (88.15 元) > NPV30 (74.86 元),表示延長輪伐期至 50 年,在考量了時間價值和碳權收益後,能帶來更高的經濟價值。

    • 然而,此題計算的是單一輪伐週期的淨現值。在永續經營的決策中,我們更常比較的是「永續年金淨現值 (Equivalent Annual Net Present Value, EANPV)」或「單位面積淨現值」。

      • EANPV 的計算公式:EANPV=NPVan‾∣iEANPV = \frac{NPV}{a_{\overline{n}|i}},其中 an‾∣i=1−(1+i)−nia_{\overline{n}|i} = \frac{1 - (1+i)^{-n}}{i} 是普通年金現值係數。
      • EANPV30:
        a30‾∣0.04=1−(1.04)−300.04=1−1/3.240.04=1−0.308641...0.04=0.691358...0.04≈17.28395a_{\overline{30}|0.04} = \frac{1 - (1.04)^{-30}}{0.04} = \frac{1 - 1/3.24}{0.04} = \frac{1 - 0.308641...}{0.04} = \frac{0.691358...}{0.04} \approx 17.28395
        EANPV30=74.8617.28395≈4.331EANPV_{30} = \frac{74.86}{17.28395} \approx 4.331 元/年
      • EANPV50:
        a50‾∣0.04=1−(1.04)−500.04=1−1/7.110.04=1−0.140646...0.04=0.859353...0.04≈21.4838a_{\overline{50}|0.04} = \frac{1 - (1.04)^{-50}}{0.04} = \frac{1 - 1/7.11}{0.04} = \frac{1 - 0.140646...}{0.04} = \frac{0.859353...}{0.04} \approx 21.4838
        EANPV50=88.1521.4838≈4.103EANPV_{50} = \frac{88.15}{21.4838} \approx 4.103 元/年
    • 根據 EANPV 的比較:

      • EANPV30≈4.33EANPV_{30} \approx 4.33 元/年
      • EANPV50≈4.10EANPV_{50} \approx 4.10 元/年
      • 從永續經營的角度來看,輪伐期 30 年的 EANPV (4.33 元/年) 高於輪伐期 50 年的 EANPV (4.10 元/年)。
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第 六 題10 分

六、 森林經營有多種輪伐期的計算方式,若欲經營林地獲取碳權,請選擇一個您認為適當的輪伐期決定方式,說明原理、公式以及理由。(10分)

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本題考查學生對森林輪伐期 (Rotation Age) 決定方法的理解,並要求針對「經營林地獲取碳權」的目標,選擇一種適當的方法進行闡述。

核心觀念:
輪伐期是指從林分建立到進行最終採伐(通常是皆伐)為止的時間。輪伐期的選擇是森林經營中最重要的決策之一,它直接影響林產品的產量、品質、經濟效益、生態功能以及碳儲存。不同的輪伐期決定方法有其適用情境和優缺點。

解題步驟:

  1. 選擇一種適當的輪伐期決定方式:
    針對「經營林地獲取碳權」的目標,有幾種常見的輪伐期決定方法:

    • 經濟輪伐期 (Economic Rotation Age):
      • 最大化淨現值 (Maximum Net Present Value, NPV):選擇使單次輪伐週期的 NPV 最大的輪伐期。
      • 最大化永續年金淨現值 (Maximum Equivalent Annual Net Present Value, EANPV):選擇使永續經營下的年平均淨現值最大的輪伐期。這通常是更為穩健的選擇,因為它考慮了永續經營。
      • 最小化成本 (Minimum Cost):針對某些特定目的,如木材生產,選擇能讓單位材積生產成本最低的輪伐期。
    • 生態輪伐期 (Ecological Rotation Age):
      • 最大化生物量或碳儲存 (Maximum Biomass or Carbon Storage):選擇使林分總生物量或總碳儲存量達到最大值的輪伐期。
    • 林木生長輪伐期 (Silvicultural Rotation Age):
      • 最速生長期 (Maximum Current Annual Increment, CAI):選擇使林木平均年生長量達到最大的輪伐期。
      • 最速生長速率 (Maximum Mean Annual Increment, MAI):選擇使林木平均年生長量達到最大的輪伐期。 (註:此處常與 MAI 混淆,但 MAI 是指平均年生長量,CAI 是指當年生長量。通常我們用 MAI 來判斷輪伐期,因為 MAI 的最大值點代表林分累積生長效率最高)。

    考量「獲取碳權」的目標,最直接相關的是碳的儲存量。因此,以下選擇「最大化生物量或碳儲存」的輪伐期,並輔以「最大化永續年金淨現值」的考量,這兩種方法在碳權經營中都非常重要。

    本題我選擇「最大化永續年金淨現值 (EANPV)」作為適當的輪伐期決定方式,並補充「最大化碳儲存」的考量。

  2. 說明原理、公式與理由:

    選擇的方法:最大化永續年金淨現值 (EANPV)

    • 原理 (Principle):
      永續年金淨現值 (EANPV) 是將一次性的淨現值 (NPV) 轉換為相當於每年持續獲得的固定收益。在永續經營的假設下,選擇 EANPV 最大的輪伐期,意味著能夠在長期的、重複的經營週期中,最大化每年的平均經濟收益。對於經營林地獲取碳權的目標,經濟收益是重要考量。雖然碳權的價值與碳儲存量直接相關,但最終的經營決策往往需要考慮經濟可行性。EANPV 方法綜合了木材生產(若有)和碳權收益,並考慮了時間價值,因此是一個較為全面的經濟評估方法。

    • 公式 (Formula):
      對於一個輪伐期為 nn 年的經營方案,其淨現值為 NPVnNPV_n。
      則其永續年金淨現值 (EANPV) 為:
      EANPVn=NPVnan‾∣iEANPV_n = \frac{NPV_n}{a_{\overline{n}|i}}
      其中:

      • NPVnNPV_n 是輪伐期為 nn 年時,該輪伐週期內的淨現值。
      • an‾∣ia_{\overline{n}|i} 是普通年金現值係數,計算公式為:
        an‾∣i=1−(1+i)−nia_{\overline{n}|i} = \frac{1 - (1+i)^{-n}}{i}
      • nn 是輪伐期(年)。
      • ii 是折現率(銀行利率)。
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第 七 題10 分

七、 以針葉樹木材外觀為例,繪圖並說明木材的三方向及三切面。(10分)

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本題考查學生對木材基本結構的理解,特別是針葉樹木材的「三方向」與「三切面」的認知。這是一個結合觀察、繪圖與描述的題目。

核心觀念:
木材是樹木的二次 જલવાહક組織。由於樹木的生長方式,木材內部存在著特定的結構方向和紋理。理解這些方向和切面,對於木材的加工、應用、辨識都至關重要。

解題步驟:

  1. 繪製圖示:
    需要繪製一個大致的樹幹或一塊木材的示意圖,並標示出以下三種方向和三種切面。圖示應清晰、準確。

    圖示說明:

    • 繪製一個圓柱體(代表樹幹或木材),標示出年輪、髓心、樹皮。
    • 在圓柱體內部,標示出徑向 (Radial) 和弦向 (Tangential) 的方向。
    • 繪製一個從圓柱體上切割下來的長方體(代表一塊木材),展示其三種切面。
  2. 說明木材的三方向:
    木材的三個主要方向是相互垂直的,由樹木的生長方式決定:

    • 縱向 (Longitudinal Direction):

      • 定義:與樹木生長軸平行的方向。在木材中,這通常是從樹根端指向樹冠端,也就是沿著木材纖維(導管、管胞、纖維母細胞等)的長軸方向。
      • 特徵:這是木材最長的維度。
      • 與樹木的關係:與樹木的垂直生長方向一致。
    • 徑向 (Radial Direction):

      • 定義:沿著樹木生長半徑的方向,從髓心 (pith) 向樹皮 (bark) 的方向。
      • 特徵:在年輪切面上,徑向通常與年輪線垂直。木材的細胞(如管胞、導管、木射線)在徑向上排列。
      • 與樹木的關係:與樹木的生長半徑一致。
    • 弦向 (Tangential Direction):

      • 定義:與樹木生長軸和生長半徑都垂直的方向,即沿著年輪的切線方向。
      • 特徵:這是木材的環狀方向,與年輪線平行。
      • 與樹木的關係:沿著樹幹的圓周方向。
  3. 說明木材的三切面:
    從木材的這三個方向進行切割,會得到三種不同的切面,這三種切面影響著木材的紋理、外觀和物理性質。

    • 端面 (End Grain or Cross-cut Surface):

      • 定義:沿著縱向切割(垂直於生長軸)的切面。通常是木材的橫截面。
      • 特徵:可以看到木材的橫截面結構,如年輪、髓心、木射線、導管或管胞的橫截面。對於針葉樹,主要看到管胞的橫截面和年輪的輪廓。
      • 外觀:紋理通常較為粗糙,呈現年輪的同心圓或半圓狀。
    • 徑切面 (Quarter-sawn or Radial Surface):

      • 定義:沿著徑向切割的切面。也就是說,切面與生長軸平行,且與年輪線大致垂直(例如,切面穿過髓心)。
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第 八 題15 分

八、 試詳述木材製材品依據哪些缺點進行目視分等。(15分)

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本題考查學生對木材製材品分等 (Grading) 的理解,特別是影響製材品等級的「缺點」(Defects)。這是木材加工與利用領域的重要知識。

核心觀念:
木材的分等是根據其外觀和內在品質,依據一定的標準將製材品劃分為不同等級的過程。分等的目的是為了確保木材在特定用途上的適用性,並為交易提供依據。分等時主要考慮影響木材強度、耐久性、尺寸穩定性、外觀等因素的「缺點」。

解題步驟:

  1. 說明木材分等的目的:
    木材分等是基於對木材品質的評估,以確定其適用性與價值。透過分等,可以將不同品質的木材應用於最合適的場合,避免浪費,並確保工程結構的安全和產品的美觀。

  2. 詳述影響木材分等的「缺點」:
    這些缺點可以分為幾大類,包括結構性缺點(影響強度)、外觀性缺點(影響美觀)以及其他影響性質的缺點。以下將針對針葉樹製材品,列舉常見的缺點並說明其影響:

    • 節子 (Knots):

      • 定義:樹枝與樹幹連接處的木材,通常比周圍的木材更硬、更密。
      • 影響:
        • 結構性:節子會干擾木材纖維的連續性,降低木材的抗彎、抗拉和抗剪強度。節子越大、越鬆散,對強度的影響越大。
        • 外觀性:節子(尤其是活節)可以增加木材的美感,但死節或腐爛節則影響外觀。
        • 加工性:節子周圍的木材硬度不均,可能導致加工時產生凹痕或刀具損壞。
      • 分類:活節 (live knot,與周圍木材連接緊密,通常較堅實)、死節 (dead knot,與周圍木材分離,可能鬆動、腐爛)、腐蝕節 (rotten knot)。
    • 裂縫 (Cracks / Checks):

      • 定義:木材纖維沿著長度方向開裂。
      • 影響:
        • 結構性:顯著降低木材的強度,特別是抗彎強度。裂縫越長、越深,影響越大。
        • 外觀性:影響美觀。
        • 耐久性:容易積水、藏污納垢,加速腐朽。
      • 分類:端裂 (end crack,發生在木材端部)、面裂 (face check,發生在木材表面)、心裂 (heart crack,發生在木材中心,靠近髓心處)。
    • 彎曲 (Warp):

      • 定義:木材在乾燥過程中發生的非直線變形。
      • 影響:
        • 尺寸穩定性:嚴重影響木材的尺寸精度和安裝。
        • 加工性:難以進行精確的加工和連接。
        • 結構性:雖非直接降低強度,但可能導致結構應力集中。
      • 類型:弓形彎 (bow,沿寬度方向彎曲)、彎曲 (twist,沿長度方向扭曲)、翹曲 (cup,沿寬度方向變形,呈現杯狀)。
    • 斜紋 (Slope of Grain):

      • 定義:木材纖維與木材邊緣(通常指與長邊平行線)不平行的現象。
      • 影響:
        • 結構性:斜紋會降低木材的抗彎強度和抗拉強度。纖維偏斜的角度越大,強度損失越多。
        • 加工性:表面加工時可能產生毛刺或不平整。
      • 分類:直紋 (straight grain)、斜紋 (sloping grain)、螺旋紋 (spiral grain)、彎曲紋 (interlocked grain)。
    • 蟲蛀痕跡 (Insect Damage / Wormholes):

      • 定義:由蛀蟲或甲蟲等害蟲在木材中蛀蝕形成的孔洞或通道。
      • 影響:
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