115 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》
第 一、 題25 分
請解釋下列名詞 (25 分，每小題 5 分)
(A) Primary succession
(B) Phenotypic plasticity
(C) Functional traits
(D) Facilitation
(E) Thinning
登入後即可作答並保存紀錄。
本題為單字解釋題，主要在測試考生對森林生態學基本名詞的理解程度。
(A) Primary succession (初級演替)：指在先前沒有植被、土壤也尚未形成的裸露地（如火山岩漿地、冰川退去後的岩石地表）上發生的生態演替過程。這個過程從無生命的環境開始，逐步建立起土壤，然後由耐旱、抗逆性強的先驅物種（pioneer species）進駐，經過一系列的物種取代，最終形成一個相對穩定的生態系統。其特點是起始於無生命的基質，演替過程較為緩慢，且需要從無到有地建立土壤結構。
(B) Phenotypic plasticity (表型可塑性)：指同一基因型（genotype）的生物，在不同環境條件下，其表現型（phenotype）發生變化的能力。換言之，生物體能夠根據環境的變化而調整其生理、形態或行為特徵，以提高其適應性。在森林生態學中，這意味著同一樹種的個體，在光照、水分、養分等環境條件不同時，可能呈現出不同的葉片大小、樹冠形態、根系發育等。這種可塑性對於物種在多變的環境中生存和繁衍至關重要。
(C) Functional traits (功能性狀)：指能夠影響生物體在生態系統中功能（如生長、繁殖、死亡、交互作用）的形態學、生理學或行為學特徵。
第 二、 題25 分
近年來的研究發現,菌根對於林木生理、森林生態系功能皆扮演重要的角色,請比較外生菌根 (ectomycorrhiza)與內生菌根(arbuscular mycorrhiza)在解剖結構、養分獲取策略(如磷與 氮的平衡)以及對森林演替路徑影響上的異同。並探討在全球氣候變遷背景下,兩者在森林固 碳潛力上的角色。(25分)
登入後即可作答並保存紀錄。
本題主要探討外生菌根 (ECM) 與內生菌根 (AM) 在結構、功能、演替影響及氣候變遷下的固碳潛力等方面的異同。
核心觀念：菌根是植物根系與真菌共生，能顯著影響植物的養分吸收、水分吸收、抗逆性，進而影響整個生態系統的結構與功能。ECM 與 AM 是兩種最主要的菌根類型，它們在結構、寄主範圍、養分獲取策略等方面存在顯著差異。
I. ECM 與 AM 的比較
| 特徵 | 外生菌根 (Ectomycorrhiza, ECM) | 內生菌根 (Arbuscular Mycorrhiza, AM) |
|---|---|---|
| 解剖結構 | 1. 真菌菌絲包裹根部外層，形成菌鞘 (Hartig net) 滲入皮層細胞間隙，但不侵入細胞內部。 | 1. 真菌菌絲穿透植物根部皮層細胞壁，在細胞內部形成籃狀體 (arbuscules) 和囊泡 (vesicles)。 |
| 2. 菌絲體較粗大，可延伸至土壤深層。 | 2. 菌絲體細小，主要在土壤表層擴展。 | |
| 寄主範圍 | 主要為闊葉樹、針葉樹（如松、杉、栎、樺、山毛櫸等），約佔高等植物種類的 10%。 | 廣泛，幾乎涵蓋所有維管束植物（包括大多數草本、部分喬木），約佔高等植物種類的 80% 以上。 |
| 養分獲取策略 | 1. 氮 (N) 獲取：ECM 真菌能分解土壤有機質，特別是難分解的有機態氮，並將其傳輸給植物。對 NH₄⁺ 吸收能力強。 | 1. 氮 (N) 獲取：AM 真菌主要吸收土壤中的無機態氮（NH₄⁺ 和 NO₃⁻），對 NH₄⁺ 的吸收效率高於 NO₃⁻。 |
| 2. 磷 (P) 獲取：ECM 真菌的菌絲體能擴展至更遠的土壤範圍，獲取植物根系難以企及的磷，尤其是有機態磷。 | 2. 磷 (P) 獲取：AM 真菌的菌絲體能顯著擴大植物根系的有效吸收面積，有效吸收土壤中的無機態磷。 | |
| 3. 平衡：ECM 系統在磷和氮的獲取上都扮演重要角色，能夠幫助植物在高磷和高氮的環境中維持較佳的生長，同時也能在低磷低氮的環境中獲取養分。 | 3. 平衡：AM 系統對磷的吸收尤其顯著，能顯著提高植物的磷素營養。在氮素方面，其作用與 ECM 相似，但對有機態氮的分解能力較弱。 |
第 三、 題25 分
隨著全球氣候變遷與極端氣候事件頻仍,請從育林的角度探討如何透過林分結構調整與撫育技術 來提升森林的適應力與恢復力。(25分)
登入後即可作答並保存紀錄。
本題主要探討在氣候變遷與極端氣候事件頻繁的背景下，如何透過育林（森林經營）的手段，調整森林的結構與運用撫育技術，來增強森林對變化的適應能力 (resilience) 和恢復能力 (resistance)。
核心觀念：森林適應力與恢復力是指森林系統抵抗干擾（如乾旱、風災、病蟲害）的能力，以及在干擾後恢復到原有狀態或轉變為新的穩定狀態的能力。結構複雜、物種多樣性高的森林通常具有較高的適應力與恢復力。
I. 森林結構調整以提升適應力與恢復力
森林結構是指森林中各組成要素（樹種、樹齡、株高等）在空間和時間上的配置方式。調整森林結構旨在創造一個更穩定、更有韌性的系統。
-
增加樹種多樣性 (Species Diversity)：
- 原因：不同樹種對環境因子（如水分、溫度、土壤條件）的敏感度和需求不同。一個混淆林（mixed forest）比單一樹種的純林（monoculture）更能抵禦病蟲害的單一衝擊，或在極端氣候（如乾旱、霜凍）下，總會有部分樹種表現出較好的適應性，維持森林的基本功能。
- 方法：在造林或撫育過程中，引入或保留多樣化的樹種，特別是那些對當地環境適應性強、且抗逆性（如抗旱、抗風、抗病蟲害）高的樹種。
-
增加林齡結構多樣性 (Age Structure Diversity)：
- 原因：不同齡級的森林對環境變化的反應不同。例如，幼齡林可能對強光敏感，但能快速生長；成熟林則可能在碳儲存方面表現突出，但對風災較脆弱。多樣化的林齡結構可以分散風險，並在不同環境條件下提供不同的生態服務。
- 方法：透過分期造林、擇伐、保留不同齡級的林木等方式，形成林內存在幼齡、中齡、成熟林等不同階段的林木，形成「鑲嵌式」的林齡結構。
-
優化林木空間配置 (Spatial Arrangement)：
- 原因：緊密的單一結構（如標準化純林）容易成為病蟲害擴散的溫床，或在強風下造成大規模倒木。較為疏鬆、不規則的結構（如天然林）能有效降低病蟲害的傳播速度，並能緩解風力。
- 方法：
- 調整林木密度：避免過度密植，保持適當的林木間距，減少樹木間的資源競爭，並增強通風透光，降低病蟲害發生機率。
- 創造異質性空間結構：透過擇伐、保留枯立木或倒木（作為生態棲地），形成林下有林、林中有樹洞、林緣有灌木等複雜的空間結構，增加棲息地多樣性。
-
保留喬木與灌木層：
- 原因：多層次的植被結構能提供更豐富的棲息地，減少地表徑流，固持土壤，並在不同層次上發揮不同的生態功能。
第 四、 題25 分
請說明 alpha, beta, gamma 多樣性指標的定義與其在森林生態保育上的應用情境。(25分)
登入後即可作答並保存紀錄。
本題主要探討生態學中常用的三個尺度上的多樣性指標：α (alpha)、β (beta)、γ (gamma) 多樣性的定義，以及它們在森林生態保育上的應用。
核心觀念：生物多樣性是生態系統健康與穩定的重要基礎。這三個指標從不同尺度（局部、區域、尺度間）來描述物種的豐富度與組成，為保育策略的制定提供科學依據。
I. 三種多樣性指標的定義
-
Alpha 多樣性 (α-diversity)：
- 定義：指在單一、局部棲地或生態系統內的物種豐富度。它衡量的是一個特定地點有多少種生物。
- 衡量方式：通常使用物種數 (species richness)，或考慮物種相對豐度（如 Shannon 指數、Simpson 指數）來計算。
- 例子：一片特定的森林樣區（如 1 公頃）內有多少種樹木、鳥類或昆蟲。
-
Beta 多樣性 (β-diversity)：
- 定義：指不同棲地或生態系統之間物種組成的差異性。它衡量的是不同地點之間物種變化的速率或程度。
- 衡量方式：通常透過比較兩個或多個地點的物種組成相似度或差異度來計算。常用的指標包括 Sørensen 相似係數、Jaccard 相似係數的倒數等。β 多樣性高表示不同地點的物種組成差異很大，反之則相似。
- 例子：森林樣區 A 的樹種組成與森林樣區 B 的樹種組成有多大差異。
-
Gamma 多樣性 (γ-diversity)：
- 定義：指在一個較大的地理區域（如一個國家、一個省、一個山脈）內，所有棲地或生態系統總共的物種豐富度。它是區域尺度上的總物種數。
- 衡量方式：通常是將一個區域內所有局部棲地的物種加總起來（需注意排除重複計算），或直接統計整個區域的物種總數。
- 關係：γ 多樣性是 α 多樣性和 β 多樣性的綜合結果。一個區域的 γ 多樣性高，可能是因為該區域內有許多 α 多樣性高的棲地，或是不同棲地之間 β 多樣性很高（物種組成差異大）。
- γ = Σ α (如果所有棲地物種完全不同)
- γ > Σ α (如果棲地之間有物種重疊，但 β 多樣性高)
- γ ≈ Σ α (如果 β 多樣性很低，所有棲地物種組成相似)
II. 在森林生態保育上的應用情境
這三個指標提供了從不同尺度理解和保護森林生物多樣性的視角。
- Alpha 多樣性的應用：
- 棲地品質評估：高 α 多樣性通常代表一個棲地的生態健康狀況良好，食物資源豐富，結構複雜。