核心觀念

本題考查氣候變遷下森林火災的「發生風險管理」與「災害減輕」：

1. 森林火災三要素

森林火災必須同時具備：

• 可燃物：枯枝落葉、林下植被、倒木、林業剩餘物等。
• 氧氣：通常由大氣充分供應。
• 熱源：人為用火、露營火源、焚燒、電線走火、雷擊等。

其中任一要素受到控制，均可降低起火或延燒機率。

2. 火災風險概念

森林火災風險可表示為：

$R=P\times C$

其中 $P$ 為火災發生與擴大的機率，$C$ 為火災造成的損害程度。因此，防治措施可分為：

• 降低起火及延燒機率；
• 降低火災發生後的人員、森林、生態與水土保持損害。

3. 乾旱對林火的影響

極端乾旱會使燃料含水率降低，枯枝落葉更易達到引燃條件；高溫、低相對濕度及強風則會提高火勢蔓延速度。坡度越大，火焰熱量越容易預熱上坡可燃物，通常造成較快的上坡延燒。

火災危害不僅取決於是否起火，也與燃料負荷、燃料連續性、風速、地形及搶救時間有關。火線強度常以 Byram 火線強度表示：

$I=Hwr$

其中 $I$ 為火線強度，$H$ 為燃料熱值，$w$ 為單位面積燃料消耗量，$r$ 為火焰前緣蔓延速度。降低燃料量、切斷燃料連續性及控制蔓延速度，均可降低火災危害。

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解題方法

本題宜採「事前預防、事中應變、事後復育」三階段作答，並同時涵蓋「降低發生率」與「降低災害程度」兩個面向。

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一、降低人為起火機率

臺灣森林火災多與人為活動有關，因此應優先控制火源：

1. 加強森林遊樂區、登山口、產業道路及林道沿線的防火宣導。
2. 乾旱、高溫、強風期間，限制露營、烤肉、焚燒金紙、燃放鞭炮及其他野外用火。
3. 對農業、林業及工程施工的焚燒行為實施申請、許可及現場管理。
4. 加強火災高風險季節的巡山、守望、瞭望台監測及違規取締。
5. 清除道路、電力設施及聚落周邊的乾燥雜草，並定期檢查高壓電線、變電設施及施工機具。
6. 建立民眾通報制度，發現煙霧、違規用火或初期火點時迅速通報。

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二、進行燃料管理，降低延燒能力

燃料管理是森林經營上降低火災危害的核心措施：

1. 降低燃料量

透過疏伐、修枝、清除枯立木、倒木、病蟲害木及林業剩餘物，減少地表與樹冠可燃物累積。

2. 切斷燃料連續性

清理林下灌草、降低草本及灌木連續分布，並在道路、稜線、聚落周邊及重要設施附近設置防火帶或燃料隔離帶。

3. 降低垂直燃料連續性

修除低枝、萌蘗枝及與林下植被相連的枝條，使地表火不易轉為樹冠火。此措施可降低火勢高度與火焰跳躍能力。

4. 建立燃料管理分區

對高風險地區，如聚落與森林交界、交通便利區、遊憩區、重要水庫集水區及電力設施周邊，採取較嚴格的燃料清理與定期維護。

5. 適度採用計畫性燃燒

在專業人員評估、氣象條件適當、具備隔離帶及救火資源的前提下，採低強度計畫性燃燒，消耗地表細小燃料。計畫性燃燒須避免陡坡、強風、嚴重乾旱及鄰近聚落等高危險條件，並須依命題當年相關法規及主管機關規定辦理。

6. 營造異齡、混合及具空間異質性的森林

避免大面積、單一樹種且林分結構高度連續的森林，透過適當混植、分區經營及林分間隔，形成燃料斑塊與非燃料斑塊交錯的景觀，降低大面積連續延燒機率。但樹種配置仍須依臺灣環境條件、生態適應性及保育目標決定，不能僅以「耐火樹種」取代完整燃料管理。

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三、改善森林防火基礎設施

1. 維護林道、防火道路及迴轉空間，使消防車輛能迅速進入火場。
2. 在適當地點設置蓄水池、消防栓、取水點及輸水設施。
3. 建立道路、防火帶、稜線與溪流等天然或人工防火線。
4. 對高風險森林與重要設施建立地圖資料，包括坡度、植被、道路、水源及避難路線。

核心觀念

植群生態調查是以樣區、樣帶或樣線為基本單位，記錄不同地點之植物種類、數量或覆蓋度，並結合環境因子，以描述植群組成、結構及其空間與時間變化。因此，調查資料不是單一物種的測量值，而是具有下列特性的「群落資料」。

一、多物種、多變量資料

每一個樣區同時包含多種植物，每一種植物又可有不同的數量、個體數、胸徑、頻度或覆蓋度。因此資料通常可整理為「樣區 × 物種」矩陣：

$$\mathbf{Y}= \begin{bmatrix} y_{11} & y_{12} & \cdots & y_{1p}\\ y_{21} & y_{22} & \cdots & y_{2p}\\ \vdots & \vdots & \ddots & \vdots\\ y_{n1} & y_{n2} & \cdots & y_{np} \end{bmatrix}$$

其中，$n$ 為樣區數，$p$ 為植物種類數，$y_{ij}$ 表示第 $i$ 個樣區中第 $j$ 種植物的調查值。

因此，植群分析通常屬於多變量分析，而非僅比較單一平均值。

二、資料具有空間性

植群分布受海拔、坡度、坡向、地形位置、土壤、水分、光照及干擾程度影響。調查資料必須保留樣區的空間位置與環境背景，才能分析：

• 植物種類沿環境梯度的分布；
• 植群類型的空間分化；
• 群落間的相似性與差異；
• 物種與環境因子的關聯。

同一物種在不同空間位置的出現，並非完全獨立，鄰近樣區常具有較相似的物種組成，這種現象稱為空間自相關。

三、資料具有時間性

植群會因季節、演替、天然干擾及人為利用而改變。調查資料可能受到下列時間因素影響：

• 季節性物候造成植物出現或消失；
• 年際氣候差異影響生長量與覆蓋度；
• 森林演替造成優勢種及林分結構改變；
• 火災、颱風、伐採及病蟲害造成群落變動。

因此，調查日期、季節及重複調查間隔，均屬資料的重要內容。不同季節所得資料不能直接視為同一基準下的觀測值。

四、零值很多且資料稀疏

在大多數樣區中，只有少數植物種類實際出現，其他物種均記為零。因此，樣區 × 物種矩陣通常具有大量零值，稱為稀疏資料。

這些零值可能代表：

1. 該物種確實未分布於樣區；
2. 物種存在但數量很少；
3. 調查季節不適合辨識；
4. 物種被其他植物遮蔽；
5. 樣區面積不足以涵蓋該物種。

因此，「未記錄」不必然等於「絕對不存在」，調查方法與偵測能力會影響零值的解釋。

五、資料尺度不一致

植群調查可記錄不同尺度的變數，例如：

• 名錄資料：有無出現；
• 個體數：每種植物的株數；
• 覆蓋度：植物在樣區中所占的面積比例；
• 頻度：物種在樣區內各小樣方出現的比例；
• 胸徑、樹高及斷面積；
• 生物量及生長量；
• 土壤、水分、光照及海拔等環境變數。

這些資料的單位、量尺及變異程度不同，分析前通常需要適當轉換、標準化或選擇合適的距離指標。

六、物種間具有共同出現及相互關聯性

同一樣區中的物種並非彼此獨立，可能受到下列因素共同影響：

• 相同的氣候與土壤條件；
• 競爭、寄生、授粉及食性關係；
• 相同的演替階段；
• 相似的生活型或生態需求。

因此，物種資料常具有共變異與群聚性。某些物種經常共同出現，另一些物種則呈現替代分布，這也是群落分類與排序分析的重要基礎。

七、資料具有組成性

若以相對覆蓋度、相對密度或相對重要值表示，所有物種的比例受到總和限制。例如相對覆蓋度的總和為 $100\%$，一個物種比例增加，其他物種比例可能因總和限制而下降。

常見重要值可表示為：

$$IV_i = RD_i + RF_i + RDo_i$$

其中：

• $RD_i$：第 $i$ 種的相對密度；
• $RF_i$：第 $i$ 種的相對頻度；
• $RDo_i$：第 $i$ 種的相對優勢度。

不同研究對重要值的標準化方式可能不同，但其核心均在於整合物種的數量、分布及優勢程度。

八、資料常具有非正態及異質變異

物種個體數、覆蓋度及生物量通常具有下列分布特徵：

核心觀念

本題分為兩部分：

1. 族群數量隨時間變化的生長曲線，核心在於出生、死亡、遷入、遷出，以及環境容納量 $K$ 對族群增長的限制。
2. 樹木族群的徑級分布，核心在於以胸徑或直徑級為橫軸、各徑級株數為縱軸，藉此判斷林分的年齡結構、更新狀況及族群穩定性。

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（一）族群生長型

1. 指數型生長：J 型曲線

定義與公式

當族群受到的環境限制很小，資源充足，族群增長率與現有族群數量成正比，稱為指數型生長（exponential growth）。

$$\frac{dN}{dt}=rN$$

其中：

• $N$：時間 $t$ 時的族群數量
• $r$：內禀增長率（intrinsic rate of increase）
• $t$：時間

積分後：

$$N_t=N_0e^{rt}$$

在固定時間內，族群增加的絕對數量愈來愈多，因此曲線初期平緩，後期快速上升，形成 J 型曲線。

圖形

族群數量 N
│
│ ／
│ ／
│ ／
│ ／
│ ／
│ ／
│ ／
│ ／
│ ／
└────────────────────── 時間 t

生態意義

指數型生長常出現在：

• 新入侵地區的外來種
• 新建立且資源尚未耗竭的族群
• 短期內大量繁殖的昆蟲或微生物
• 災害後空間與資源突然增加的環境

其特徵是族群具有很高的生殖潛力，但不代表能長期維持。當食物、空間或其他資源逐漸不足時，指數型增長會受到抑制。

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2. 邏輯斯型生長：S 型曲線

定義與公式

當族群受到有限資源、競爭、天敵、疾病等密度制約因子影響時，族群增長會逐漸減慢，最後接近環境容納量 $K$，稱為邏輯斯型生長（logistic growth）。

$$\frac{dN}{dt}=rN\left(1-\frac{N}{K}\right)$$

其中：

• $K$：環境容納量（carrying capacity）
• $\left(1-\frac{N}{K}\right)$：環境阻力所造成的限制項

其解為：

$$N_t=\frac{K}{1+\left(\frac{K-N_0}{N_0}\right)e^{-rt}}$$

生長階段

S 型曲線通常可分為三個階段：

1. 遲滯期（lag phase） 族群數量少，繁殖個體有限，增長緩慢。

2. 快速增長期（exponential phase） 資源尚充足，族群數量快速增加。

3. 減速及平衡期（deceleration and stationary phase） 族群接近 $K$，資源不足與密度制約增強，淨增長率逐漸下降。

當 $N=K/2$ 時，族群增長速率最大：

$$\frac{dN}{dt}_{\max}=\frac{rK}{4}$$

當 $N=K$ 時：

$$\frac{dN}{dt}=0$$

表示出生與死亡大致平衡，族群數量維持相對穩定。

圖形

族群數量 N
│ ───────── K
│ ────
│ ──
│ ──
│ ──
│ ──
│ ──
│ ──
│─
└────────────────────── 時間 t

生態意義

S 型生長較能描述自然族群的長期變化。森林中的樹木族群會受到光照、水分、土壤養分、空間、病蟲害及種間競爭等因素限制，因此通常不會無限制地呈指數增加。

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3. 兩種基本生長型的比較

比較項目	指數型生長	邏輯斯型生長
曲線形狀	J 型	S 型
環境限制	很小或暫時忽略	明顯存在
主要公式	$\frac{dN}{dt}=rN$	$\frac{dN}{dt}=rN(1-\frac{N}{K})$
容納量 $K$	不納入模型	納入模型
長期結果	可能無限增加，實際上通常不持久	接近 $K$ 後維持動態平衡
典型情況	入侵初期、資源充足環境	自然穩定環境中的一般族群

解題技巧

本小題只要掌握兩個關鍵字即可：

• 「資源充足、限制少、快速增加」：J 型、指數型。
• 「有環境容納量、增長後趨於穩定」：S 型、邏輯斯型。

繪圖時，J 型必須呈現「後期急升」；S 型必須標出水平漸近線 $K$，並表現「先慢、後快、再變慢」的特徵。

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（二）樹木族群徑級分布的基本型式

核心定義

徑級分布（diameter-class distribution）是將林分中的樹木依胸徑或直徑分級，統計各直徑級的株數。

• 橫軸：胸徑或直徑級
• 縱軸：各徑級的株數或株數比例

徑級分布可反映：

• 林分是同齡林或異齡林
• 林分更新是否持續
• 小徑木與大徑木的比例
• 林分發育階段
• 林分是否受到干擾或經營措施影響

常見基本型式包括反 J 型、鐘形或常態型、雙峰型及不規則型。

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1. 反 J 型分布：負指數型分布

特徵

反 J 型分布具有以下特性：

• 小徑級樹木數量最多
• 徑級愈大，株數愈少
• 曲線由左高右低，呈反 J 型
• 常見於持續更新的異齡林或天然混齡林

核心觀念

本題考查「生態造林」（ecological afforestation）復育退化森林的基本理念與操作流程，重點不在單純栽植樹木，而在於：

1. 以當地原有森林生態系作為復育目標。
2. 依據演替規律與生態過程，重建具有多樣性、穩定性及自我維持能力的近自然森林。
3. 選用適地適木的臺灣原生樹種，建立多樹種、多層次及異齡結構。
4. 透過調查、規劃、栽植、撫育及監測，逐步恢復土壤、植被、動物棲地及生態功能。

傳統造林通常著重於快速成林、木材生產或單一樹種栽植；生態造林則以恢復生態系結構與功能為核心，並尊重自然演替。

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解題方法

本題可依「調查診斷 → 設定目標 → 模擬演替 → 造林施工 → 後續管理 → 監測修正」的順序作答。由於題目設定為「臺灣低海拔森林退化成草生地」，答題時應特別處理草本競爭、土壤劣化、火災風險及天然更新不足等問題。

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生態造林法的實施步驟

一、基地調查與退化原因診斷

首先進行完整的環境與生態調查，內容包括：

• 地形、坡度、坡向及海拔。
• 土壤厚度、質地、酸鹼度、肥力及含水狀況。
• 降雨、溫度、日照及乾旱程度。
• 現有草本、灌木、幼樹及天然更新情形。
• 火燒、放牧、濫墾、採伐、外來種入侵等干擾歷史。
• 鄰近殘存森林、林帶、溪流及種源分布。

診斷的目的在於確認退化限制因子。例如火燒後草生地常有土壤裸露、表土流失、草本植物競爭強、天然種源不足及再次火災風險高等問題。若未先查明限制因子，直接全面栽植，容易造成苗木死亡及資源浪費。

二、確立參考生態系與復育目標

應選擇鄰近地區、立地條件相近且保存良好的低海拔天然林，作為「參考生態系」（reference ecosystem）。

參考內容包括：

• 優勢樹種及伴生樹種。
• 樹種組成與相對比例。
• 林分的垂直層次。
• 林冠鬱閉度及林隙分布。
• 林下植被組成。
• 枯落物、枯立木及倒木狀況。
• 野生動物棲地與食物資源。

復育目標不是複製某一棵樹或追求整齊一致的人工林，而是建立具有當地特色、接近自然結構並能自行更新的近自然森林。

三、進行立地分區與造林配置規劃

依地形、土壤、水分、風勢及干擾程度進行立地分區，採取「適地適樹」原則。

例如：

• 乾燥、向陽及火災風險高處，選用耐旱、耐貧瘠及具防火價值的原生樹種。
• 潮濕、溪谷或土壤深厚處，選用適合濕潤環境及生長快速的樹種。
• 坡度大且易崩塌處，優先配置根系發達、固土能力強的樹種。
• 林緣及裸露地先配置耐光、耐逆境的先驅樹種。
• 較陰暗區域配置耐陰性較高的樹種。

造林配置應避免整齊的單一樹種排列，可採混合樹種、群狀栽植及不規則林隙配置，使林分逐步形成自然的空間異質性。

四、選擇種源與培育適當苗木

苗木來源應以當地或鄰近生態區的原生種源為優先，避免大量使用外來種、單一品系或與當地環境不相容的苗木。

苗木選擇應考量：

• 物種的地理分布及適應性。
• 遺傳多樣性。
• 苗木健康狀況與根系發育。
• 不同樹種的耐陰性、耐旱性及生長速度。
• 先驅樹種與後續演替樹種的搭配。

樹種組成可分為三類：

1. 先驅樹種：耐光、耐乾旱及耐貧瘠，先在草生地建立初期林分。
2. 中期演替樹種：隨林冠逐漸形成後進入，增加林分層次及物種多樣性。
3. 後期演替樹種：耐陰性較高，作為長期森林結構與天然更新的重要成分。

五、改善立地與降低草本競爭

草生地的高大禾本科植物會與樹苗競爭光線、水分及養分，因此栽植前後須進行適度的立地處理。

主要措施包括：

• 局部割草或帶狀除草，保留部分草本以防止水土流失。
• 在植穴周圍覆蓋枯落物、木屑或其他有機材料，以保持土壤水分。
• 進行等高線整地或小型集水措施，降低逕流及土壤沖蝕。
• 於必要處設置防火帶、隔火線及取水設施。
• 清除具高度競爭力的外來入侵植物。
• 避免過度整地及全面裸地化，以維持土壤微生物與地表生物。

立地改善應採「最小必要干擾」原則，避免為了造林而造成更大程度的土壤破壞。

六、採多樹種、多層次方式栽植