107 高普考普通考試 林業技術 林產學概要 考古題詳解

核心觀念

本題考查木材解剖學（Wood Anatomy）之根本核心：針葉樹材（裸子植物木材，無孔材）與闊葉樹材（被子植物雙子葉木材，有孔材）的微觀細胞組成與機能演化差異。 核心理論與定義涵蓋：

1. 植物演化與機能專化（Functional Specialization）：原始木本植物（針葉樹）之細胞多功能化；較進化的被子植物（闊葉樹）則發展出形態與機能高度分工之專化細胞。
2. 木材三維空間系統：

• 軸向系統（Axial system）：平行於樹幹長軸之細胞（水分縱向輸導、機械支持、縱向儲存）。
• 徑向系統（Radial system）：木質射線細胞（養分與水分之橫向輸導、貯藏）。

3. 細胞種類與形態學定義：假導管（Tracheid）、導管（Vessel element）、木纖維（Wood fiber）、軸向薄壁細胞（Axial parenchyma）、射線薄壁細胞（Ray parenchyma）、射線假導管（Ray tracheid）及上皮細胞（Epithelial cell）。

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解題方法

本題屬標準的「比較說明型」申論題，高分作答架構應採取​「系統列舉 $\to$ 橫向對比 $\to$ 整合表格化」​三層次推進：

1. 個別論述（分類清楚）：分別列出針葉樹與闊葉樹所包含之軸向與徑向細胞，並說明各細胞之機能及體積百分比。
2. 對比分析（切入核心差異）：自「組成分化度」、「輸導機制」、「支持機制」、「射線形態」與「分泌構造」五大維度逐項剖析其差異與演化意涵。
3. 彙整歸納：以對照表呈現兩者細胞構成與解剖特徵，利於閱卷委員在短時間內掌握關鍵給分點。

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選項分析

本題為公職專門科目之申論題（非選擇題），無各別選項。考生應答時應避免片面回答單一細胞類別，評分重點在於是否完整涵蓋「軸向／徑向系統所有細胞」並準確比對兩者的「機能、型態、數量佔比」。

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解題技巧

1. 口訣記憶「針簡闊繁」：

• 針葉樹「一管（假導管）挑大樑」：假導管同時兼負水分輸導與機械支持，佔全材體積 $90\%\sim95\%$。
• 闊葉樹「高度分工專業化」：輸水歸導管、支持歸木纖維、儲存歸薄壁細胞。

2. 答題陷阱提醒：

• 陷阱一：切勿將針葉樹寫成「完全沒有薄壁細胞」，針葉樹仍具有木質射線薄壁細胞及部分軸向薄壁細胞（如柏科、杉科）。
• 陷阱二：混淆「假導管」與「導管」。針葉樹絕無真正的導管分子；闊葉樹雖以木纖維為主，但在部分原始樹種（或導管周圍）仍可見纖維狀假導管或管狀假導管。
• 陷阱三：樹脂溝（Resin canal）為組織間隙（細胞間隙）而非單一細胞，其周圍圍繞的「上皮細胞」才是細胞構成。

3. 閱卷亮點：精確標註細胞體積比例數值（如假導管佔 $90\%\sim95\%$、闊葉樹木纖維佔約 $50\%$、導管約 $20\%\sim40\%$ 等），展現專業扎實度。

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【答案】

壹、針葉樹材之細胞構成種類

針葉樹材（無孔材）在演化上較為原始，細胞構成種類相對單純（通常僅 $2\sim4$ 種細胞），主要可分為：

1. 軸向系統（Axial System）：

• 軸向假導管（Axial Tracheids）：佔木材整體體積約 $90\%\sim95\%$。細胞呈細長兩端封閉之紡錘狀，壁厚具「有緣壁孔（Bordered pits）」。一人分飾二角，早材假導管管徑大、壁薄，主司水分縱向輸導；晚材假導管管徑小、壁厚，主司樹體機械支持。
• 軸向薄壁細胞（Axial Parenchyma Cells）：含量極少（約 $1\%$ 以下或缺如），成串排列，負責養分儲藏與代謝。如紅豆杉屬缺如，松屬極罕見，杉科、柏科則較常見。
• 分泌細胞／上皮細胞（Epithelial Cells）：圍繞於樹脂溝（Resin canals）周圍之特化薄壁細胞，具分泌樹脂功能（如松屬、雲杉屬、落葉松屬、黃杉屬）。

2. 徑向系統（Radial System / 木質射線）：

• 射線薄壁細胞（Ray Parenchyma Cells）：為射線之主要組成，負責養分與水分之徑向（橫向）輸送與貯存。
• 射線假導管（Ray Tracheids）：水平分布於射線上下邊緣，內壁常見鋸齒狀次生加厚或具小型有緣壁孔，主司徑向水分輸導（常見於松科松屬、雲杉屬等）。

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貳、闊葉樹材之細胞構成種類

闊葉樹材（有孔材）演化程度高，細胞分化高度專化，構成複雜多樣，主要包含：

核心觀念

本題的核心在於木材化學分析體系（Wood Chemical Analysis Scheme）與次生代謝產物（Secondary Metabolites / Extractives）的系統性分類。

1. 木材化學分析觀點之劃分架構： 依據 TAPPI 或 ASTM 之木材化學標準分析流程，木材由「細胞壁構造性高分子（主成分）」與「非構造性低分子外來物及無機質（副成分）」所構成。分析時通常先以不同極性之溶劑分離出「萃取物」，餘下之「無抽出物木材（Extractive-free wood）」再進一步測定全纖維素、$\alpha$-纖維素、半纖維素及木質素。
2. 木材組成分之定量比例與化學本質：

• 元素組成：碳（約 $50\%$）、氫（約 $6\%$）、氧（約 $44\%$），以及微量的氮與灰分（$< 1\%$）。
• 高分子主成分：纖維素（Cellulose，約 $40 \sim 45\%$）、半纖維素（Hemicellulose，約 $20 \sim 30\%$）、木質素（Lignin，針葉樹約 $25 \sim 35\%$、闊葉樹約 $18 \sim 25\%$）。
• 副成分：萃取物（Extractives，通常約 $1 \sim 5\%$，特殊心材可達 $10\%$ 以上）、無機灰分（Ash，約 $0.2 \sim 1\%$）。

3. 萃取物（Extractives）的生合成與化學結構族群： 萃取物係指能以冷熱水或中性有機溶劑（如乙醇、苯、乙醚、丙酮、己烷等）抽提出之非構造性低分子量化合物。依生合成路徑與化學結構，主要區分為脂族烴與脂質類、萜類與類萜類、酚類與多酚類、卓酚酮類及碳水化合物等。

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解題方法

本題為典型的申論題，作答時須採取「由宏觀至微觀、由分離流程至個別化合物」的雙層解析法：

1. 第一部分（木材組成分）： 緊扣題目要求的「分析觀點」，切忌僅列舉名詞。應從「濕式化學定量分析路徑（Analytical Wet Chemistry Scheme）」出發，說明試樣如何依序被分離為：

• 溶媒抽出物（有機溶劑抽出物與水溶物）
• 脫脂木材之木質素（Klason 木質素、酸溶性木質素）
• 亞氯酸鈉法分離之全纖維素（Holocellulose）
• 鹼液處理分離出之 $\alpha$-纖維素與半纖維素
• 燃燒後測定之無機物（灰分）

2. 第二部分（萃取物之種類與化合物）： 依化學骨架系統性分類，各類別均須詳列「分類依據」、「溶解性質」及「具代表性之具體化合物名稱」（特別加入台灣重要樹種之特有抽出物成分，如紅檜、扁柏、臺灣杉等，可凸顯專業深度）。

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選項分析

本題為國家考試公職專技之申論題，並非選擇題型。在閱卷評分上，重點在於回答架構是否能精準呼應題目的兩大子題：

• 子題一（木材之組成分）配分約佔 $40\%$：若僅寫出「纖維素、半纖維素、木質素」三名詞，缺乏「分析系統（主/副成分劃分、分離測定原理、各成分含量百分比）」之論述，僅能取得基礎及格分；必須以分析流程將抽出物、全纖維素、木質素、灰分串聯方為完整。
• 子題二（萃取物之種類與化合物）配分約佔 $60\%$：不可僅寫「樹脂、單寧」等粗略通稱，必須按有機化學類別（萜類、脂肪酸/樹脂酸、酚類、卓酚酮類等）分類，並正確寫出化合物名稱（如扁柏醇、松脂酸、兒茶素、槲皮素等），方能獲取高分。

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解題技巧

1. 化學分析架構圖解化記憶： 臨場若時間有限，可於答案卷以樹狀分支或方塊圖呈現「木粉試樣 $\rightarrow$ 溶媒萃取（得抽出物） $\rightarrow$ 殘渣（無抽出物木材） $\rightarrow$ 硫酸水解（得 Klason 木質素） / 亞氯酸鈉脫木質素（得全纖維素） $\rightarrow$ $17.5\%$ $\text{NaOH}$ 處理（沉澱為 $\alpha$-纖維素，溶解濾液中和沉澱為半纖維素）」，邏輯一目了然。
2. 萃取物「四族群」速記口訣：

• 脂：脂肪酸、酯類、蠟、樹脂酸（如松脂酸）。
• 萜：單萜（蒎烯）、倍半萜、二萜、三萜。
• 酚：木酚素、類黃酮（槲皮素）、芪類（白藜蘆醇）、單寧（縮合/水解型）。
• 酮與其他：卓酚酮類（扁柏醇）、多醣類（阿拉伯半乳聚糖）。

3. 連結樹種特性與木材性質： 提及化合物時，順帶指出其功能（如卓酚酮具強抗蟻防腐性、單寧具收斂防腐與著色性、蒎烯具芳香揮發性），可展現考生將林產化學與木材利用融會貫通之能力。

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【答案】

一、從分析觀點論木材之化學組成分

從木材化學分析（Chemical Analysis of Wood）的觀點而言，木材由元素層次化合為巨分子聚合物與小分子物質。標準化學分析程序係將木材分為「構造性主成分（細胞壁成分）」與「非構造性副成分（外來成分）」兩大體系，各成分之分析定位與含量比例如下：

核心觀念

本題旨在測驗考生對「臺灣林業政策演進脈絡」與「當前林產物利用戰略方向」之整合認知與論述能力。核心考點包含：

1. 政策法規與指導綱領：以《森林法》、《國家森林經營管理方案》及行政院農業委員會宣示之「永續林業經營方針」為基礎（以命題當年民國 107 年政策法規為準；現行主管機關已改制為農業部林業及自然保育署）。
2. 永續林業（Sustainable Forest Management, SFM）定位：兼顧「生態保育、經濟生產、社會文化」三大支柱，擺脫「全面禁伐＝不做任何林木收穫」的極端思維，轉向「人工林合理撫育疏伐與永續利用」。
3. 林產物利用核心範疇：國產木竹材振興（提高木材自給率、地產地銷）、產品溯源與森林驗證制度、木材高值化與全樹級序利用（木竹建築、生質能源）、非木質林產物（林下經濟、森林副產物）多元開發及固碳效益。

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解題方法

本題屬於申論題型中的「政策變遷與實務應用題」，解題宜採「縱向歷史沿革」銜接「橫向多元面向」的雙軌架構切入：

1. 縱向變遷趨勢：劃分三大時期（「高強度經濟開發期」 $\to$ 「全面禁伐天然林與絕對保育期」 $\to$ 「兼顧生態與經濟之永續經營期」），凸顯林產物利用定位從「外銷創匯」降至「幾近停滯」，再演進為「振興國產材與人工林合理利用」的轉折過程。
2. 橫向發展方向：自民國 106 年「國產材元年」開展之政策為主軸，從以下四大構面開展具體內容：

• 國產材振興與地產地銷（縮短碳足跡、提升自給率）。
• 溯源認證與市場區隔（建立國產標章、打擊非法採伐）。
• 全樹利用與循環經濟（木建築、廢棄剩餘資材生質能化）。
• 非木質林產物與林下經濟（山村綠色經濟、惠益分享）。

3. 收束總結：點出永續林產利用對落實減碳固碳、達成永續發展目標（SDGs）之終極效益。

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選項分析

本題為申論申述題，無選擇題選項。以下針對作答時「變遷三大階段」與「發展四大主軸」之關鍵論點進行要點分析與評閱標準拆解：

1. 變遷脈絡剖析：

• 早期（民國 78 年以前）：資源開發與經濟創匯導向
• 內涵：林業扮演經濟發展主力，伐採天然林獲取貴重木外銷，林產利用著眼於原木外銷與大量初級加工。
• 中期（民國 80 年至 105 年）：生態保育優先與禁伐時期
• 內涵：民國 80 年政府實施「全面禁伐天然林」，林務機關公務預算化，轉向水土保持與生態保育；木材生產驟降，木材自給率跌破 $1\%$，林產加工業萎縮且高度依賴進口材。
• 近期（民國 106 年起）：永續林業與國產材重振時期
• 內涵：宣布民國 106 年為「國產材元年」，重新啟動健康人工林的疏伐與收穫，強調地產地銷、減少長途運輸碳足跡，兼顧生態安全與林業經濟。

2. 發展面向剖析：

• 方向一：推動「國產材振興」，提升木材自給率
• 內涵：目標於中長期將木材自給率由不足 $1\%$ 逐步提升至 $5\%$，重整人工林撫育、疏伐、製材、加工之完整產業鏈。
• 方向二：健全產銷溯源體系，推行森林認證
• 內涵：推廣「臺灣木材標章」、林產品產銷履歷（TAP）及 CAS 驗證，並接軌國際森林驗證標準（FSC、PEFC），杜絕非法盜伐與混充進口木材。
• 方向三：結構與高值化利用，邁向循環經濟
• 內涵：推動工程木材（如直交集成板 CLT、膠合梁）、木竹構造綠建築；落實「全樹級序利用」，將邊角料與疏伐木轉化為木顆粒生質燃料、木酢液及生物炭，落實零廢棄循環。
• 方向四：推展「林下經濟」，發展非木質林產物
• 內涵：在不破壞森林生態與林木生長的前提下，容許林下養蜂、種植椴木香菇、金線連等，活絡山村經濟並達成多元利用。

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核心觀念

本題為公職考試「林產學概要」中「木質材料加工」的核心必考題，主要測驗考生對重組木質材料（尤其是積層材／集成材）之基礎定義、製造工藝、材料經濟性及工程應用之掌握程度。

本題涉及的核心觀念與規範包含：

1. 積層材（Laminated wood / Glulam）之定義：區分「平行木理膠合」與「正交木理膠合（如合板）」的本質差異。
2. 加工製程學：掌握從原木／挽板加工至最終構件之「製材 $\rightarrow$ 乾燥 $\rightarrow$ 選等修整 $\rightarrow$ 接合（縱接、寬接） $\rightarrow$ 塗膠組壞 $\rightarrow$ 加壓硬化 $\rightarrow$ 養生後加工」完整工序。
3. 材料利用率（Material utilization rate）之評估： $\text{材料利用率} (\%) = \frac{\text{最終積層材成品體積}}{\text{投入原木或粗挽板體積}} \times 100\%$ 需分別從「原木基準」與「製材後挽板基準」理解其耗損環節（鋸路損耗、乾燥收縮、缺陷剔除、指接截斷、刨光平整損耗）。
4. 功能分級與標準分類（依據國家標準 CNS 11029、CNS 11030、CNS 11031 等）：區分「結構用集成材」與「非結構用／化妝用集成材」之用途。

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解題方法

本題為標準的申論式名詞與工藝問答題，切入點應採「層次分明、條列工序、數值具體」之答題策略：

1. 定義界定：精確點出構成單元（挽板）、纖維走向（互相平行）及膠合目的（克服木材天然缺陷與尺寸限制）。
2. 流程工序：以流程圖或序列條列呈現完整製造步驟，並簡述關鍵技術參數（如乾燥含水率控制、塗膠與加壓條件）。
3. 利用率分析：不可僅寫「高」或「低」，應以具體百分比範圍呈現，並說明「能大幅利用小徑木／低品位材」之宏觀優勢，與「幾何加工削刨損耗」之微觀消耗。
4. 用途分類：按「結構性」與「非結構性／裝飾性」二分法分類說明，展現架構完整度。

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試題要點深度解析

本題為非選擇題，以下針對題目所要求的四大核心問項，逐一解析考點與應答標準：

1. 「Laminated wood」之精準定義：

• 考生易混淆 Laminated wood（積層材／集成材）、Plywood（合板）與 LVL（單板積層材）。
• 必須強調其構成單元多為「板材或小角材（挽板，Laminae）」，且各層之纖維方向（木理方向）大體呈互相平行配置，此為與合板（纖維方向互相直交）最關鍵之區別。

2. 製造流程關鍵環節：

• 乾燥控制：挽板含水率需均勻降至 8%～15%，層間含水率差不得超過 2%～3%，以防膠合後內部產生乾縮應力導致開裂或翹曲。
• 接合技術：長度不足時採用「指接（Finger joint）」縱向接合；寬度不足時採用膠合側接（Edge jointing）。
• 配板原則（組壞）：高品位、高強度挽板配置於外層（承受最大拉伸與壓縮應力處），次級挽板配置於內層（承受剪切力之中性軸附近），即對稱異等厚或同等厚集成結構。
• 膠合加壓：室外結構用常採間苯二酚樹脂（PRF）或異氰酸酯系樹脂（API）；加壓壓力通常介於 $0.5 \sim 1.5\text{ MPa}$。

3. 材料利用率之全貌評估：

• 原木基準出材率：原木鋸切成挽板的出材率約 $50\% \sim 65\%$；經缺陷切除、指接、刨光損耗後，最終成品的總體利用率約為 $30\% \sim 45\%$。
• 挽板基準利用率：若純以乾燥後的粗製挽板計算，成品率約為 $65\% \sim 75\%$。
• 資源效益評價：雖製程中有刨除與指接損耗，但其最大價值在於能將小徑木、彎曲材、疏伐木等次級資源化零為整，分散節疤等強度弱點，使整體木材資源獲得最高價值之利用。

4. 用途範疇：

• 需涵蓋大斷面大跨距建築構件（梁、柱、拱）以及居家室內裝修（樓梯踏板、家具面板、壁板）。

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解題技巧與常見陷阱

1. 名詞辨析陷阱：

• 切勿將 Laminated wood 寫成「各層木理互相垂直膠合」，此為合板（Plywood）之定義。
• 若特指由單板（Veneer）平行膠合者，稱為單板積層材（Laminated Veneer Lumber, LVL）；若以鋸製板材（Lumber/Lamina）平行膠合者，於台灣實務及 CNS 標準通常稱為「集成材」或「膠合木（Glued laminated timber, Glulam）」。答題時應將兩者之位階界定清楚。

2. 流程遺漏陷阱：