108 年 國立臺灣大學森林環境暨資源學系碩士班甲組《森林經營學》

本大題主要在測試考生對森林經營學基本名詞的理解程度。

1. 森林碳匯 (Forest Carbon Sink)：
   森林碳匯是指森林生態系統透過光合作用，將大氣中的二氧化碳吸收並儲存於生物體（樹木、植被）及土壤中的過程或能力。森林碳匯是減緩全球暖化、降低大氣中溫室氣體濃度的一種自然機制。

2. 區分求積法 (Area Separation Method / Area Class Method)：
   區分求積法是一種森林資源調查的方法，主要用於估計森林面積。其基本原理是將調查區域內的地形、林況（如林種、樹種、林齡、密度、生產力）等異質性因子進行分類，將整個區域劃分成若干均質的子區域（或稱「區分」），然後對每個子區域進行獨立的面積估算與林木材積推估。這種方法能提高森林資源調查的精度，尤其適用於地形複雜、林況變異大的地區。

3. 生物量 (Biomass)：
   生物量是指在特定時間、特定空間範圍內，所有生物體（包括植物、動物、微生物）所累積的有機物質的總量。

本大題共九題申論題，每題 10 分，總計 90 分，旨在深入考察考生對森林經營學各面向的理論知識與實務應用能力。

1. 同齡林特性為何？經營作業上要注意哪些事項？

   • 同齡林特性：同齡林是指林分內所有樹木的樹齡大致相同（生長季節相近）。其主要特性包括：
     • 競爭激烈：由於樹木樹齡相近，對陽光、水分、養分及空間的競爭非常激烈，尤其是在生長初期。
     • 林冠結構單一：林冠層次較少，林下光照強度變化較大，林下植被較少。
     • 易受病蟲害及風災影響：單一樹種、單一年齡層的林分，一旦發生病蟲害或風災，影響範圍廣泛且嚴重。
     • 管理較易：在某些經營階段，如撫育採伐，管理相對容易，因為樹木大小、生長狀況較一致。
     • 生產力變化較劇烈：在生長初期生長快速，但進入成熟期後，競爭加劇，生長速率可能趨緩或停滯。
   • 經營作業注意事項：
     • 撫育採伐 (Thinnings)：為減緩競爭，需及時且適當地進行撫育採伐，選留優良木，促進林木生長，並調整林分密度。
     • 病蟲害防治：加強監測，必要時採取綜合防治措施，維持林分健康。
     • 林分更新：在適當時期，應規劃林分更新（如皆伐、條狀皆伐、選伐後更新），以維持森林生產力及生態多樣性。
     • 樹種選擇：若為人工林，應考慮選擇抗病蟲害、適應當地立地條件的樹種，並可考慮混植，增加林分穩定性。
     • 林冠層管理：注意林冠層的發展，避免過度鬱閉或稀疏。

   【答案】同齡林因樹齡相近，競爭激烈，易受單一災害影響，經營上需著重撫育採伐、病蟲害防治及適時林分更新。

2. 森林測計實行取樣調查之理由為何？
   森林測計（Forest Mensuration）是利用量測方法獲取森林因子（如樹高、胸徑、材積、生物量、面積、林齡等）的科學。實行取樣調查（Sampling Survey）而非全數調查（Complete Enumeration）的理由主要基於以下幾點：

   • 經濟性 (Economy)：全數調查需要投入大量的人力、物力和時間，成本極高，在大多數情況下是不切實際且不經濟的。取樣調查可以在較低的成本下，獲取足夠精確的資訊。
   • 時效性 (Timeliness)：森林資源調查的目的是為經營管理提供及時的資訊。全數調查耗時過長，可能導致調查結果在完成時已過時，失去參考價值。取樣調查能較快完成，提供及時的決策依據。
   • 可行性 (Feasibility)：對於面積廣大、地形複雜、交通不便的森林區域，進行全數調查在技術上和操作上可能非常困難，甚至不可能。取樣調查則更具可行性。
   • 精度要求 (Accuracy Requirement)：在許多森林經營決策中，並不一定需要絕對精確的數據，而是需要足夠精確的估計值。科學的取樣方法（如隨機抽樣、系統抽樣、分層抽樣）可以透過統計學原理，在給定的信賴水準下，以較低的成本達到所需的精度。
   • 破壞性 (Destructive Nature)：某些調查（如樹木材積估計）可能需要對部分樣本進行實際解剖或破壞，全數進行是不可能的。

   【答案】取樣調查的理由在於經濟性、時效性、可行性，以及在滿足精度要求下，能避免全數調查的高成本與耗時。

3. 述明樹幹解析的用途與作業方法。

   • 樹幹解析 (Stem Analysis) 的用途：
     樹幹解析是利用採伐下來的樹木（或調查採樣的樹木），在其樹幹上依特定間隔（如 1 或 2 公尺）取樣，然後在實驗室或透過量測數據，重建該樹木過去各生長階段的生長軌跡。其主要用途包括：
     • 推估過去的生長量：準確估計樹木在不同時期的材積、生物量、生長量（年平均生長量、連年生長量）。
     • 分析生長模式：了解樹木在不同立地條件、競爭環境下的生長歷史與變化。
     • 建立生長曲線：為特定樹種、立地條件建立準確的生長曲線（如樹高曲線、材積曲線）。
     • 驗證生長模型：作為驗證和校準森林生長模擬模型的數據來源。
     • 研究立地因子影響：評估氣候、土壤、競爭等因子對樹木生長的影響。
   • 作業方法：
     1. 採樣：選擇代表性的樹木（通常是優勢木或中庸木），進行採伐。
     2. 標記與量測：在樹幹上，從樹基部起，以固定的間隔（例如每 1 公尺或 2 公尺）進行標記。在每個標記點，量測樹幹的直徑（通常是斷面積直徑，DAP 或 DBH 的延伸）和樹輪寬度。同時記錄樹幹的彎曲、節瘤等異常情況。
     3. 取樣：在某些情況下，可能需要取樣木（如木芯）進行更詳細的樹輪分析。
     4. 數據處理：將量測到的直徑、樹輪寬度數據，結合樹基部直徑及樹冠部分的直徑，計算出樹木在各個不同時期（例如，當樹木高度達到 1m, 2m, 3m...時）的直徑。
     5. 材積計算：利用計算出的各時期直徑，結合相應的樹高（或根據樹高曲線推估），應用材積公式（如锥形體、類錐體公式）計算出樹木在各個時期的材積。
     6. 繪製曲線：根據計算結果，繪製出樹木的樹高生長曲線、材積生長曲線、年平均生長量曲線、連年生長量曲線等。

   【答案】樹幹解析用於重建樹木過去的生長歷史，以分析生長模式、驗證模型等；作業方法包含採樣、量測、數據處理及材積計算。

4. 說明林木總平均生長量與連年生長量的關係。

   • 總平均生長量 (Mean Annual Increment, MAI)：是指一棵樹或一個林分，從開始生長到某一年齡為止，其總生長量（如總材積、總生物量）除以其總生長年數所得的平均年年生長量。
     $MAI(t) = \frac{Total Growth(t)}{t}$
     其中 $t$ 為樹齡。
   • 連年生長量 (Current Annual Increment, CAI)：是指一棵樹或一個林分，在某一年齡的「當年」所增加的生長量（如當年增加的材積、生物量）。
     $CAI(t) = Growth(t) - Growth(t-1)$
     或者，更精確地說，是樹木生長曲線在該點的導數。
   • 兩者關係：
     • 初期：在森林生長初期，樹木生長緩慢，CAI 和 MAI 都很低。
     • 生長加速期：隨著樹木生長，CAI 會先快速增加，達到最大值後開始下降。MAI 則會隨著 CAI 的增加而持續增加，但其增加速率比 CAI 慢。
     • 交叉點：當 CAI 開始下降但仍大於 MAI 時，MAI 會持續上升。MAI 會在 CAI 達到最大值之後，並在 CAI 開始下降的過程中，與 CAI 相交於最高點。這個交點通常被視為樹木或林分達到最大生產力的時機。
     • 生長減緩期：當 CAI 下降到小於 MAI 時，MAI 也開始下降。此時樹木或林分的生長趨於緩慢。
     • 總結：MAI 代表了樹木或林分在整個生長週期中的平均生產力，而 CAI 代表了某一特定時間點的即時生產力。MAI 的最高點通常出現在 CAI 開始下降但仍大於 MAI 的階段，標誌著林木總生產力的最高峰。在經營上，MAI 的最高點常被用來判斷進行皆伐更新的適宜時機，以獲得最大的總產量。

   【答案】總平均生長量是總生長量除以年齡，連年生長量是當年的生長量；MAI 的最高點通常出現在 CAI 開始下降時，是林木總生產力的最高點。

5. 請說明森林碳儲存與碳吸存的關係。

   • 碳儲存 (Carbon Storage)：是指森林生態系統中，以各種形式（如樹幹、樹枝、樹葉、根部、枯枝落葉層、土壤有機質）儲存的碳的總量。它是一個「存量」的概念，衡量的是一個時間點上森林中存在的碳有多少。
   • 碳吸存 (Carbon Sequestration)：是指森林生態系統透過光合作用，將大氣中的二氧化碳（CO₂）吸收，並將碳固定（儲存）在生物體和土壤中的過程。它是一個「流量」的概念，衡量的是單位時間內森林吸收和儲存碳的速率。
   • 兩者關係：
     • 碳吸存是增加碳儲存的過程：碳吸存是森林吸收並將碳轉化為儲存量的過程。森林碳吸存的速率越高，其碳儲存量在單位時間內增加得越快。
     • 碳儲存是碳吸存的結果：森林中儲存的碳，是過去一段時間內持續碳吸存過程的累積結果。
     • 動態平衡：森林的碳儲存量並非一成不變，它受到碳吸存（吸收）和碳釋放（如呼吸作用、分解、火災、伐採）的共同影響。當吸存速率大於釋放速率時，碳儲存量增加；反之則減少。
     • 森林碳匯 (Forest Carbon Sink)：森林碳匯是同時包含了碳儲存和碳吸存的概念。它強調的是森林作為一個整體，具有吸收和儲存碳的能力。森林碳儲存是碳匯的「庫」，而碳吸存是碳匯的「流」。

   【答案】碳吸存是森林吸收並固碳的過程，碳儲存是這些被固定的碳在森林中累積的量；碳吸存的過程增加了森林的碳儲存量。