108 年 國立臺灣大學森林環境暨資源學系碩士班丙組《生態學（C）》

本題為基本生態學名詞解釋，旨在測試考生對核心生態學概念的理解程度。

a. Ecology (生態學)：生態學是研究生物體與其環境之間相互關係的科學。它探討生物體在空間和時間上的分布與數量，以及這些分布和數量受哪些因素影響，同時也研究生物體與環境之間的能量流動和物質循環。

b. Niche (生態位)：生態位是指一個物種在生態系統中所扮演的角色，以及它與環境之間的所有互動。這包括該物種的棲息地、食物來源、繁殖方式、活動時間、對環境因子的需求（如溫度、濕度）以及對其他物種的影響（如競爭、捕食）。一個物種的生態位可以被視為其在生態系統中的「職業」和「地址」的總和。

c. Population (族群)：族群是指在特定時間和特定空間內，由同一物種的個體所構成的集合。族群的特徵包括族群大小、密度、分布格局、年齡結構、性別比例以及出生率和死亡率等。族群是生態學研究的基本單位之一。

d. Community (群集)：群集是指在特定時間和特定空間內，所有不同物種的族群所構成的集合。群集中的物種之間存在著相互作用，如捕食、競爭、共生、寄生等，這些互動關係決定了群集的結構和動態。

e. Systems ecology (系統生態學)：系統生態學是一種研究生態系統作為一個整體，運用系統理論和數學模型來分析能量流動、物質循環、族群動態以及生態系統結構和功能的學科

本題考查森林生態學中常用的重要值指數 (Important Value Index, IVI) 的計算方法。IVI 是綜合考量相對頻度 (Relative Frequency)、相對優勢度 (Relative Dominance) 和相對密度 (Relative Density) 三個指標後得出的綜合性指標，用於評估特定樹種在森林群集中的重要性。

重要值指數 (IVI) 的計算公式為：
$\text{IVI} = \text{相對頻度} + \text{相對優勢度} + \text{相對密度}$

這三個指標的計算方式如下：

1. 頻度 (Frequency)：指在所有樣區中，出現某特定樹種的樣區數佔總樣區數的比例。
   $\text{頻度} = \frac{\text{出現該樹種的樣區數}}{\text{總樣區數}}$

2. 密度 (Density)：指單位面積或單位體積內，某特定樹種的個體數量。在森林調查中，通常是指單位面積（如公頃）內的樹木株數。
   $\text{密度} = \frac{\text{該樹種的總株數}}{\text{總調查面積}}$

3. 優勢度 (Dominance)：指某特定樹種在群集中所佔據的優勢程度，通常以樹種的斷面積總和（basal area）來衡量。斷面積是指樹木在胸高處（通常為 1.3 公尺）的樹幹橫截面積總和。
   $\text{優勢度} = \frac{\text{該樹種的斷面積總和}}{\text{總調查面積}}$

在計算了每個樹種的頻度、密度和優勢度之後，需要將其轉換為相對值，以消除不同指標單位和量級的影響。

1. 相對頻度 (Relative Frequency)：

本題主要考查不同森林類型（亞熱帶常綠闊葉林與熱帶雨林）在葉片形態上的差異，以及台灣常見的亞熱帶常綠闊葉林樹種。這涉及到氣候條件對植物適應的影響，特別是水分和光照。

亞熱帶常綠闊葉林與熱帶雨林葉片形態的差異：

這兩類森林的葉片形態差異主要體現了它們對不同氣候條件（溫度、濕度、光照強度）的適應策略。

1. 葉片大小與厚度：

   • 亞熱帶常綠闊葉林：通常具有較大的、較薄的葉片。這是因為亞熱帶地區雖然全年濕潤，但相較於熱帶雨林，日照強度可能較弱，且溫度變化相對較大。較大的葉片有助於在較弱的光照下最大化光合作用的效率。較薄的葉片有利於水分的散失（蒸散作用），以調節體溫，並在濕潤的環境中維持較高的光合速率。
   • 熱帶雨林：通常具有較小、較厚、革質的葉片。熱帶雨林全年高溫高濕，光照強度極高。較小的葉片有助於減少水分過度蒸散，避免在高溫和強光下造成細胞損傷。較厚的革質葉片可以抵抗強烈的紫外線輻射，並有效防止水分的快速流失。

2. 葉尖形態：

   • 亞熱帶常綠闊葉林：葉尖形態多樣，但相對熱帶雨林，葉尖的滴水狀（drip tip）特徵較不明顯或較少見。
   • 熱帶雨林：許多植物的葉片具有明顯的滴水狀葉尖 (drip tip)。這是為了讓雨水能快速地從葉片表面流下，避免積水。積水不僅會妨礙葉片進行光合作用，還容易滋生藻類、真菌等，影響葉片健康。

3. 葉片表面構造：

   • 亞熱帶常綠闊葉林：葉片表面可能覆蓋有細小的毛或蠟質層，以調節水分散失和抵抗病蟲害。
   • 熱帶雨林：葉片表面常有厚厚的蠟質層，以防止水分過度蒸散，並減少紫外線的傷害。

本題考查森林生態學與林業經營的應用，重點在於如何將單一樹種、高齡但經濟價值低的人工林地，轉變為生物多樣性高、結構複雜的天然林。這是一個典型的生態恢復 (ecological restoration) 問題。身為林業從業人員，需要結合生態學原理與實際操作技術。

核心目標：將人工單純林轉化為高歧異度（生物多樣性高）的天然林。

策略與步驟：

1. 現況評估與目標設定 (Assessment and Goal Setting)

   • 評估現有人工林狀況：
     • 樹種組成：了解現有人工林的主要樹種、年齡結構、密度、健康狀況。
     • 土壤條件：分析土壤肥力、pH值、排水性等，這會影響後續種植的物種選擇。
     • 生物多樣性現況：調查現有的人工林中已存在的動植物種類，雖然可能不高，但仍是重要的基礎。
     • 鄰近生態系統：評估鄰近區域的天然林組成，這可以作為恢復目標的參考，並考慮種子來源。
   • 設定恢復目標：
     • 物種多樣性：確定期望達到的植物、動物、微生物種類數量。
     • 結構多樣性：期望恢復為具有多層次的森林結構（喬木層、灌木層、草本層、地被層）。
     • 功能多樣性：恢復生態系統的物質循環、能量流動、物種互動等功能。
     • 參考天然林：選擇一個或幾個具有相似氣候和立地條件的、高生物多樣性的天然林作為恢復的典範。

2. 規劃與設計 (Planning and Design)

   • 疏伐 (Thinning)：
     • 目的：逐步降低人工林密度，增加林下空間的光照和水分，為引進或自然更新的闊葉樹種創造條件。
     • 方法：優先移除經濟價值低、生長不良、或與目標樹種競爭的單一樹種。可以採取選擇性疏伐，保留一些較健康的、具有潛力的本地樹種。
   • 移除或改造人工林結構 (Removal or Modification of Monoculture Structure)：
     • 逐步替換：在疏伐的同時，逐步引入或促進本地的、具有高生態價值的闊葉樹種。
     • 保留生態節點：保留部分較老的、健康的單一樹種作為「種子母樹」或提供棲息地，但比例要嚴格控制。
   • 引進或促進天然更新 (Introduction or Natural Regeneration)：
     • 種植本地物種 (Assisted Planting)：選擇多樣化的本地闊葉樹種（喬木、灌木），考慮其對不同立地條件的適應性。可以組合成不同的苗木群落進行種植。
     • 促進種子傳播 (Seed Dispersal)：
       • 保留種子來源：若鄰近有天然林，可設置「種子廊道」，促進種子傳播。
       • 人工播種/灑種：將收集到的本地樹種種子，特別是鳥類、哺乳動物易傳播的種子，散播到適宜的區域。