108 年 國立臺灣大學森林環境暨資源學系碩士班甲組《森林生態學》

本題為森林生態學基礎名詞解釋，共包含十個子題，旨在測試考生對森林生態學基本概念的掌握程度。

(1) Allelopathy (化感作用)：
指一種生物釋放出化學物質，對同一棲地的其他生物（植物、動物、微生物）產生抑制或促進作用的現象。在森林中，植物常透過根部分泌物、落葉分解物等釋放化學物質，影響周圍植物的萌發、生長或存活，例如某些樹種會抑制其他植物的生長，減少競爭。
【答案】一種生物釋放化學物質影響其他生物的現象，常見於植物間的競爭。

(2) Climax (頂極群落)：
指在特定環境條件下，經過長期的生態演替，最終達到相對穩定狀態的生物群落。頂極群落的物種組成和結構不易隨時間改變，通常能有效地利用環境資源，並與環境達到動態平衡。然而，現代生態學觀點認為，真正的靜態頂極並不存在，群落會持續處於動態平衡或周期性變動中。
【答案】生態演替的最終穩定階段，物種組成和結構相對穩定。

(3) Coarse wood debris (粗大木質殘體)：
指森林中體積較大、直徑通常大於 10 公分的死亡木材，包括倒木、枯立木、大型枯枝等。粗大木質殘體在森林生態系中扮演重要角色，提供許多生物棲息地，如昆蟲、真菌、兩棲爬蟲類、鳥類等；同時也是重要的有機質來源，分解後釋放養分，並影響土壤水分、養分循環及微生物群落。
【答案】直徑大於 10 公分的死亡木材，是重要的棲地及養分來源。

(4) Essential nutrients (必需營養素)：
指生物體維持正常生長、發育和繁殖所必需的化學元素。對於植物而言，必需營養素分為巨量營養素（如碳、氫、氧、氮、磷、鉀、鈣、鎂、硫）和微量營養素（如鐵、錳、鋅、銅、硼、鉬、氯），缺乏任何一種都會影響植物的生長。
【答案】生物體維持生命活動所必需的化學元素，分為巨量與微量營養素。

(5) Intraspecific competition (種內競爭)：
指同一物種的個體之間，為了爭奪有限的資源（如陽光、水分、養分、空間、配偶等）而發生的競爭。

本題主要探討天然疏伐（self-thinning）的概念、成因、與密度的關係，以及其在人工林經營上的應用。

1. 何謂天然疏伐 (self-thinning)?
天然疏伐是指在一個族群（在此指林木）生長過程中，由於族群密度過高，資源（如光、水、養分）變得稀缺，導致部分個體因競爭不過其他個體而自然死亡的現象。這是一個族群內部自我調節的過程，旨在使剩餘的個體獲得更多資源以持續生長，從而維持族群的總生物量或生產力在一定水平。在森林中，當樹木生長到一定密度時，較弱、較小的樹木會逐漸被淘汰。

2. 此現象為何會發生?
天然疏伐發生的根本原因是資源的限制。隨著樹木數量的增加和生長，對空間、光照、水分和土壤養分的需求也隨之增加。當族群密度達到一定閾值後，這些有限的資源無法支持所有個體的持續生長。較弱或生長較慢的個體，因無法有效獲取足夠的資源，其生長受到嚴重抑制，最終導致死亡。這個過程並非隨機，而是傾向於淘汰那些在競爭中處於劣勢的個體。

3. 天然疏伐與苗木栽植密度之間有何關係?
天然疏伐的發生與否、發生的時間點及強度，都與初始的栽植密度有直接關係：

• 低密度栽植： 如果初始密度非常低，林木有充足的空間和資源，可能在很長一段時間內都不會發生顯著的天然疏伐。
• 適度密度栽植： 在適當的初始密度下，天然疏伐會發生，並在一定程度上自動調節林分結構，淘汰弱勢木，使優勢木得以生長。

本題旨在探討如何在人工林生態系中，運用育林或經營措施，並結合生態原理，來提升生物多樣性。

核心概念： 人工林通常為單一樹種、單一生長階段、結構單一的林分，生物多樣性較低。提升生物多樣性需要模仿天然林的結構與功能。

育林或經營措施與相關生態原理：

1. 增加樹種多樣性 (Species Diversity)：

   • 措施： 採行混淆林（Mixed Forests）的經營方式，引入多樣的樹種（喬木、灌木、草本）。在規劃階段，可選擇不同生態需求、不同生長習性的樹種進行栽植。
   • 生態原理：
     • 生態位分化 (Niche Differentiation)： 不同的樹種對光、水、養分、空間等資源的需求不同，能更有效率地利用棲地的各種資源，減少競爭，容納更多物種。
     • 互利共生 (Mutualism)： 某些樹種之間可能存在互利關係，如固氮植物提供氮素，促進其他樹種生長。
     • 提供多樣化棲地： 不同種類的樹木提供不同的樹冠結構、樹皮特性、開花結果時間，為不同物種（如鳥類、昆蟲、哺乳類）提供多樣化的食物來源和棲息場所。

2. 增加結構多樣性 (Structural Diversity)：

   • 措施：
     • 營造多層次結構： 允許或引入喬木、灌木、草本等不同層級的植被，形成立體化的林冠層、灌木層、草本層、地被層。
     • 保留枯立木、倒木、斷枝： 這些被視為「粗大木質殘體」，是重要的生態資源。
     • 營造林緣帶 (Edge habitats)： 在林地邊界營造緩衝帶，連接森林與周圍環境。
   • 生態原理：
     • 棲地異質性 (Habitat Heterogeneity)： 結構越複雜的棲地，能支持越多的物種，因為不同物種適應不同的微棲地。多層次的植被結構提供了從林冠到地面的各種微棲地。
     • 資源供應： 枯立木、倒木是許多腐生生物（真菌、昆蟲）和依賴腐殖質的生物（兩棲爬蟲類、小型哺乳類）的棲地與食物來源。
     • 生態廊道與緩衝帶： 林緣帶是森林物種與開闊地物種交流的場所，也是許多特有物種的棲息地，有助於物種的遷徙和連結。

本題要求比較森林演替早期（陽性、開闊階段）與晚期（陰性、封閉階段）群落的各項生態特徵差異。

本題要求描述柏科 (Cupressaceae) 的形態特徵，以及臺灣原生柏科植物的分類依據和代表樹種。

一、柏科 (Cupressaceae) 的形態特徵

柏科是裸子植物針葉樹的一科，其形態特徵如下：

1. 樹型： 多為喬木或灌木，常綠。
2. 葉：
   • 幼葉： 幼時呈針狀或線形。
   • 成葉： 多數種類的成葉呈鱗片狀，緊貼枝條，對生或輪生，通常排列成扁平的羽狀複葉狀。葉片小，革質，常有樹脂腺點。
3. 毬果 (Cones)：
   • 雌雄異株或同株。
   • 雄毬果 (Male cones)： 通常較小，由多數雄蕊組成，螺旋狀排列。
   • 雌毬果 (Female cones)： 結構較特殊，由少數（通常 2-8 枚）種鱗組成，種鱗常癒合成球形、圓錐形或盾牌狀，成熟時肉質化或木質化，開裂釋放種子。種鱗通常為對生或輪生。
4. 種子： 通常 1-4 粒著生於種鱗內面，無胚乳。
5. 根系： 通常發達，常具備板狀根或支柱根（如某些柏樹）。
6. 其他： 許多種類具有芳香的木材。

二、臺灣原生柏科植物的分屬重要依據

臺灣原生的柏科植物主要屬於 柏木屬 ( Cupressus ) 和 扁柏屬 ( Chamaecyparis )。區分這兩個屬的重要依據主要在於 雌毬果的形態 和 種鱗的排列方式：

1. 雌毬果的形態與構造：
   • 柏木屬 (Cupressus)： 雌毬果通常為近乎球形，成熟時木質化，由多數（約 6-10 枚）種鱗組成，種鱗呈盾牌狀，螺旋狀排列，成熟時開裂。
   • 扁柏屬 (Chamaecyparis)： 雌毬果通常為近乎球形或卵圓形，成熟時木質化，由 4-6 對（即 8-12 枚）種鱗組成，種鱗呈盾牌狀，對生，成熟後開裂。
2. 種鱗的排列方式：