109 地方特考三等 林業技術 森林經營學 考古題詳解

核心觀念

本題考查森林密度增加後，林木如何因競爭而自然死亡，以及林業經營者為何需要在自然死亡發生前介入調整林分。

森林自我疏伐（self-thinning），又稱自然疏伐，是指同齡林木在生長過程中，隨著樹冠鬱閉、林分密度提高，個體間對光、水分、養分與生長空間的競爭加劇，部分林木因資源不足而死亡，使林分株數自然減少的現象。存活木則通常能獲得較多生長資源，個體平均大小隨之增加。

Yoda 等人提出的自我疏伐定律描述密集、同齡植群進入競爭與自然死亡階段後，平均單株生物量與單位面積株數之間的關係：

$$\bar{w}=C N^{-3/2}$$

其中，$\bar{w}$ 為平均單株生物量，$N$ 為單位面積株數，$C$ 為常數。取對數後：

$$\log \bar{w}=\log C-\frac{3}{2}\log N$$

因此，在平均單株生物量對株數的雙對數圖上，自我疏伐軌跡的斜率為 $-3/2$。這項關係主要用來描述密度已高、競爭造成死亡的林分，不代表所有森林在任何生長階段都必然符合相同斜率。

解題方法

作答時可依「定義現象、說明理論、推論經營必要性」三步驟展開。

首先說明自然疏伐的成因與結果：林木生長使林分逐漸鬱閉，競爭使部分個體死亡，林分株數下降而存活木的平均大小增加。其次寫出 Yoda 公式，交代雙對數斜率為 $-3/2$。最後從自然疏伐的時間、對象與資源利用效率，推論人工疏伐的經營價值。

由公式也可看出林分每單位面積的生物量：

$$B=N\bar{w}=C N^{-1/2}$$

這表示在自我疏伐階段，密度下降時平均單株生物量增加；但自然死亡的木材已失去作為可利用林木的價值，資源也未必集中到經營者希望保留的個體上。因此，經營者可在自然死亡前，以人工疏伐選擇要保留的林木，調整密度及林分結構。

森林需要人為施業介入經營的必要性

1. 減少競爭造成的生長損失 林分過密時，林木競爭光、水分、養分與生長空間。適時疏伐可降低競爭，使保留木較早取得資源，促進胸徑、樹冠與材積生長。

核心觀念

本題考查區塊伐作業法的定義與特性，以及如何將作業法轉化為可執行的森林經營規劃。作答須由「伐區如何形成、伐採後如何更新、伐區如何安排」三個面向說明，並進一步交代營林者在選擇區位、規模、伐期、更新方式及環境保護措施時應考慮的因子。

區塊伐作業法（patch-cut system）是將森林劃分為一定大小、形狀與位置的區塊，在區塊內採取伐採，使林木更新集中於該區塊，再依序安排其他區塊的作業。其重點是以「區塊」作為伐採、更新與作業配置的基本單位；它不等同於單株選擇伐，也不必然代表整個森林同時皆伐。

解題方法

可依「意義與特色—規劃項目—決策因子—執行與監測」的順序作答。先界定區塊伐的空間尺度與更新目的，再說明其相較於零星伐採的作業優勢與風險，最後提出營林者如何決定區塊的位置、大小、形狀、伐採時序與更新措施。如此能直接回應題目要求的「規劃設計實施內容」。

一、區塊伐作業法的意義與特色

區塊伐係在經營區內選定若干伐區區塊，依經營目標與森林狀況分期伐採，並使伐後林地依預定方式更新。區塊可採集中配置，也可分散於經營區內；各區塊之間則保留林分或設置緩衝帶，以維持景觀連續性及生態功能。

其主要特色如下：

1. 以區塊作為作業單位：伐採範圍明確，便於伐區測設、作業管理、木材集運、更新及後續撫育。
2. 可集中木材收穫與作業：較零星伐採容易安排道路、集材與機具，提高作業效率；區塊大小與位置也可配合木材利用及運輸條件。
3. 促進伐後更新：可依目標樹種的更新特性，採天然更新、人工更新或兩者併用，並藉由控制區塊大小及保留木，調節光照與更新環境。
4. 兼具彈性與分期性：各區塊可以分期、分年作業，依林分成熟度、更新情形及市場需求調整順序。
5. 具有集中干擾的風險：若區塊過大、過密或集中於敏感地區，可能增加水土流失、土壤壓實、溪流泥砂、景觀破碎與棲地改變。因此，不能只以木材收穫量作為規劃依據。

二、營林決策應考慮的因子及規劃設計內容

（一）經營目標與法規、政策限制

首先須確認經營目標，例如提升國產材供應、維持森林健康、促進天然更新、保護水源及生物多樣性，並釐清各目標的優先次序。國有林區的作業須符合相關森林經營計畫、土地使用分區及水土保持、保育等規範。

以命題當年（民國 109 年）法規為準；如作答引用法規，應依該年度適用規定說明。涉及保安林、保護區、野生動物重要棲地或其他限制區域者，須先確認作業是否受禁止、限制或附帶條件規範。

（二）林分與立地條件

應調查林型、樹種組成、林齡與林木成熟度、蓄積量、林分密度、天然更新狀況、病蟲害及林木品質，判斷哪些區塊適合伐採，以及伐後是否能達成預定更新目標。

同時調查坡度、坡向、海拔、土壤深度與穩定性、地質、降雨及水文條件。陡坡、崩塌敏感地、土層淺薄處與溪流周邊，應避免或限制作業；立地條件不適合者，不宜只因木材蓄積較高便列入伐區。

（三）區塊位置、大小、形狀與配置

區塊應依地形、林相、道路系統、天然界線及保護需求劃設，避免不必要地切割連續棲地。其大小與形狀須兼顧：

核心觀念

本題考查以統計模型描述森林調查資料中「胸徑」與「樹高」關係時，如何依研究目的指定應變數與自變數。兩種模式都使用胸徑（$DBH$）和樹高（$H$）資料，但其預測方向、誤差配置及應用目的不同，因此不能只看變數名稱就視為同一模式。

胸徑通常指胸高直徑，即在規定胸高位置量測的樹幹直徑；樹高則依調查定義量測。建立模式時，先蒐集具代表性的樣木資料，再選定函數形式，以迴歸等統計方法估計參數，並檢查配適度及預測誤差。

解題方法

解題時，先辨認模式名稱中哪個變數在前、哪個變數在後，再確認其所代表的預測方向：

• 樹高－胸徑模式（$H$-$DBH$ model）：以 $DBH$ 為自變數，預測 $H$，亦即估計 $H=f(DBH)$。
• 胸徑－樹高模式（$DBH$-$H$ model）：以 $H$ 為自變數，預測 $DBH$，亦即估計 $DBH=g(H)$。

兩者的生物學資料背景相同，但統計模型中的應變數不同。即使都使用同一批樣木資料，以迴歸法分別建立兩個方向的模式，所得參數與預測結果一般也不會互為反函數。

一、樹高－胸徑模式（$H$-$DBH$ model）

意義與模式結構

此模式描述樹高如何隨胸徑變化，通常以胸徑作為解釋變數、樹高作為應變數：

$$H_i=f(DBH_i;\boldsymbol{\beta})+\varepsilon_i$$

其中 $H_i$ 為第 $i$ 株樹的樹高，$DBH_i$ 為其胸徑，$\boldsymbol{\beta}$ 為待估參數，$\varepsilon_i$ 為隨機誤差。

實務上常用非線性或經轉換的函數描述樹高隨胸徑增加而逐漸趨緩的關係，例如：

$$H=a+b\left(1-e^{-c\,DBH}\right)+\varepsilon$$

此式僅為常見結構示例，實際函數須依林型、樹種、資料範圍與配適結果選定。模型也可納入林分或立地變數，例如樹種、林齡、密度、地位級等，以改善不同條件下的預測。

應用場合

森林調查常能較快速地量測胸徑，而量測每株樹高所需時間較多。建立 $H$-$DBH$ 模式後，可用已量得的胸徑推估未量測樹高，常見用途包括：

• 推估樣區或林分的樹高分布。
• 配合材積式估算單木或林分材積。
• 推估平均樹高、優勢木高或其他以樹高為基礎的林分指標。

此模式的預測方向是「由胸徑推樹高」，不可把它說成由樹高反推胸徑。

二、胸徑－樹高模式（$DBH$-$H$ model）

意義與模式結構

此模式以樹高為解釋變數、胸徑為應變數，描述樹高對胸徑的統計關係：

$$DBH_i=g(H_i;\boldsymbol{\gamma})+u_i$$

核心觀念

本題考的是國有林經營中的「多功能利用」與「環境限制」如何取得平衡。森林功能提供經營機會，讓國有林能依不同地區條件發揮水土保持、國土保安、生態保育、林產供應、碳吸存、休閒遊憩及環境教育等功能；環境意識則要求經營者尊重生態系完整性、生物多樣性、自然演替與世代公平，限制可能造成不可逆損害的開發或作業。

因此，永續經營不是讓所有功能同時達到最大值，而是依森林資源、環境敏感度與社會需求，決定適宜的經營目標、空間配置及作業強度，並透過監測結果持續調整。

森林功能可概分如下：

• 保育與國土保安功能：維護生物多樣性、涵養水源、減緩土砂災害及維持森林生態系。
• 生產功能：在生態承載能力範圍內供應木材與非木質林產品。
• 社會與文化功能：提供遊憩、環境教育、文化保存及地方社群參與的機會。
• 氣候調適與減緩功能：透過森林碳吸存、維持連通性及提升森林韌性，因應氣候變遷。

環境意識的限制面，並非全面排斥經營，而是要求經營行為不得逾越生態承載能力，並對敏感區採取較嚴格的保護措施。若涉及法規，應以命題當年（民國 109 年）法規為準；主要法制依據包括《森林法》、《國有林事業區經營計畫》及相關保育、環境影響評估法規。現行法規已修正，實際適用時應另查現行條文。

解題方法

可採「目標設定—分區經營—作業管制—參與協調—監測調整」的架構作答。這種切入方式能同時交代森林功能如何成為經營機會，以及環境意識如何轉化為經營限制與管理措施。

一、先調查資源與需求，設定森林經營目標

依森林資源調查、地形地質、水文、生態敏感性、林分狀態及地方社會需求，確認各區主要功能與經營限制。目標須明確且可檢驗，例如維持集水區水源涵養、復育特定棲地、提高人工林林分穩定度，或在適宜區域穩定供應木材。

設定目標時，應辨明各功能間的關係：有些功能可以相互增益，例如保護森林也有助於水源涵養與碳吸存；有些則可能衝突，例如林產採取與棲地保護、遊憩利用與野生動物棲息需求。

二、依功能與敏感度分區，配置不同經營強度

採分區管理，避免以單一作業方式套用所有國有林：

• 嚴格保護或高度敏感區：以維持自然演替、重要棲地及水土保持為優先，限制或禁止會造成重大干擾的作業。
• 保育復育區：進行必要的外來種移除、棲地復育、林分改善或災後復原，並以生態指標追蹤效果。
• 永續生產區：於適宜林分採低衝擊、分期分區及符合森林更新能力的經營方式，兼顧林產品供應與生態功能。