107 高普考普通考試 林業技術 森林經營學概要 考古題詳解

核心觀念

本題旨在測驗森林經營學與森林測計學中關於「林木擁擠程度」之兩大基本名詞定義及其辨析，並測驗考生對臺灣林業實務上「林分密度」衡量技術之掌握。

1. 立木度（Stocking）：屬相對概念（Relative concept）。指在特定經營目標或撫育標準（如法正收穫表、最適生長曲線）下，林分實際林木擁擠程度相對於基準標準的充裕程度（如過密、適正、過疏，或以基準百分比表示）。
2. 林分密度（Stand Density）：屬絕對概念（Absolute concept）。指單位林地面積上林木存在的數量或擁擠程度，純粹描述客觀實體數量，不涉及經營價值判斷或人為設定之基準。
3. 衡量林分密度之核心指標與公式：

• 每公頃株數：$N \ (\text{trees/ha})$
• 每公頃胸高斷面積：$G = \sum \frac{\pi}{4} D_i^2 \ (\text{m}^2/\text{ha})$
• 樹冠鬱閉度：$C \ (\%)$
• 每公頃蓄積量：$V = G \times H \times F \ (\text{m}^3/\text{ha})$
• 相對林分密度指標（如 Reineke's SDI、Hart-Becking 疏伐過度比 $S\%$ 等）

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解題方法

本題為標準的雙子題申論題，作答應採「先界定名詞與對比、後分項詳述實務方法」的邏輯架構：

1. 第一子題（名詞定義與對比）：

• 分別給予「立木度」與「林分密度」明確、精準的定義。
• 採用「比較法」切入，點出兩者最關鍵的本質差異：「立木度是相對概念（含經營目的與參考標準）」 vs 「林分密度是絕對概念（客觀定量）」。

2. 第二子題（臺灣常見衡量方法）：

• 依「絕對密度指標（基礎測計）」與「相對密度指標（綜合指標）」分類說明。
• 務必列出臺灣林業調查（如第四次森林資源調查、人工林撫育作業）最常用的四大直接衡量法（株數、胸高斷面積、鬱閉度、蓄積量），並補充林分密度管理常引用的相對指數（SDI），展示專業深度。
• 每一種方法均應交代：定義、計算公式／單位、測計工具／作業方式與優缺點評析。

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選項分析

本題為申論題，並無選擇選項。針對閱卷評分要點進行結構剖析：

1. 立木度 vs. 林分密度的區別（配分約 40%）：

• 若僅寫「立木度是樹的密度，林分密度也是密度」，此為嚴重混淆，將大幅失分。
• 評分關鍵在於能否精準指出「立木度必須依賴一項參考標準（基準林分／生長模型／收穫表）」；而「林分密度純粹是客觀測量值，不需要參考標準」。

2. 常見衡量方法與內容（配分約 60%）：

• 必須寫出臺灣公私有林與林務實務常用的基本測計量，特別是「每公頃胸高斷面積（配合角規測計）」與「樹冠鬱閉度」，這兩項是臺灣航測與現地調查的核心。
• 若進一步提出結合株數與徑級之綜合指數（如 Reineke SDI 或 Hart-Becking 比），可獲取高分組級距。

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解題技巧

1. 記憶口訣：

• 「立木相對論，經營定乾坤」：立木度是相對的，反映經營目標（過密 Overstocked、適正 Fully stocked、過疏 Understocked）。
• 「密度看單位，公頃報客觀」：林分密度是絕對的，以每公頃幾株（$N$）、幾平方公尺（$G$）、幾立方公尺（$V$）呈現。

2. 答題加分細節：

• 提及「胸高斷面積」時，務必帶出臺灣現地調查利器——角規（Relascope / Wedge Prism）​與水平點抽樣法（Bitterlich sampling）。
• 提及「鬱閉度」時，指出常用儀器為林冠儀／球形樹冠計（Spherical Densiometer）​或空載遙測航照。

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【答案】

一、立木度（Stocking）與林分密度（Stand Density）之意涵與比較

(一) 立木度（Stocking）之定義 立木度係指林地上林木蓄積或分布，相對於特定經營目標、理想標準或收穫表（如法正林分）​之充分或擁擠程度。其本質為一相對概念（Relative concept），常以百分比（如 80% 立木度）或質性等級（立木過疏 Understocked、立木適正 Fully stocked、立木過密 Overstocked）表示。立木度之高低取決於經營者所設定之標準，同一林分在不同經營目標（如培育大徑用材 vs. 水源涵養）下，其立木度評價可能不同。

核心觀念

本題旨在測驗林業測樹學與森林經營學中最重要的林木生長回溯技術——樹幹解析（Stem analysis）​之實務作業流程、產出數據，以及針對不同經營目標時之樣木選取邏輯。涉及的核心觀念包含：

1. 樹幹解析的定義：將伐倒之樣木沿主幹自基部至梢端截取若干圓盤（Disk sampling），藉由計數與測量各圓盤上之年輪寬度，完整重建該林木自幼苗至伐倒時之直徑、樹高、幹形與材積生長歷程。
2. 幹材求積公式：區段求積常採用史馬連式（Smalian's formula）或休伯爾式（Huber's formula）：

• 史馬連式：$V_i = \frac{g_{i-1} + g_i}{2} \times l$
• 休伯爾式：$V_i = g_m \times l$ （其中 $g$ 為截面斷面積，$l$ 為區段長度）

3. 地位指數（Site Index, SI）理論：林分在基準年齡（Base age）時之「優勢木（Dominant tree）或優勢木與亞優勢木平均樹高」。樹高生長對林分密度的敏感度低，最適於評估立地潛在生產力。
4. 森林碳吸存量（Forest Carbon Stock & Sequestration）估算：林分碳儲量推估立基於林分總生物量，通常透過材積與生物量擴展轉換係數計算： $C = V \times D \times BEF \times CF$ （其中 $V$ 為材積，$D$ 為木材基本密度，$BEF$ 為生物量擴展係數，$CF$ 為含碳率，常取 $0.5$）。推估重點在於林分全體（群體）之平均蓄積與變異結構。

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解題方法

本題為申論題，答題架構應分為四大區塊：

1. 樹幹解析之實施過程：按標準野外與室內作業程序分階段條列。
2. 樹幹解析之調查內容：歸納分析產出之生長指標與圖表。
3. 應用於地位指數時之選木原則：強調優勢木之選取與生物學理由。
4. 應用於推估碳吸存量時之選木原則：強調群體代表性（平均木或分層抽樣）與生物量推估原理。

一、樹幹解析之過程

1. 樣木選定與伐倒：

• 依試驗目的在林分中選取適當樣木，於幹身標記地際線、胸高（$1.3\text{ m}$）及北向方位線。
• 齊地或以盡可能低的伐根高度（如 $0.2\text{ m}$ 或 $0.3\text{ m}$）伐倒樣木，避免劈裂。

2. 樹幹區段劃分與截取圓盤：

• 測量全樹高（$H$）、枝下高、根頸徑及胸徑（$DBH$）。
• 採取圓盤：通常於地際（$0.0\text{ m}$ 或伐根高）、胸高（$1.3\text{ m}$）處截取圓盤；自胸高以上，每隔固定長度（如 $1\text{ m}$ 或 $2\text{ m}$）劃分區段並截取厚度約 $3\sim 5\text{ cm}$ 之圓盤，梢端殘梢（直徑過小無法鋸取者）測量其長度。
• 於圓盤上註記木號、截取高度及方位。

3. 圓盤處理與年輪測定：

• 將圓盤表面刨平、磨光，塗水或化學藥劑顯化年輪界線。
• 由髓心向外劃出代表平均生長方向之測定軸（通常取相互垂直之十字雙徑或四方位徑）。
• 計算總年輪數確認樹齡，並量測自髓心起每隔一定年齡（通常為 $5$ 年或 $10$ 年）之半徑生長量。

4. 數據整理與材積計算：

• 依各圓盤於特定齡級之半徑計算截面斷面積。
• 梢端未滿一區段部分採用圓錐體公式計算，其餘各區段利用史馬連式或休伯爾式計算材積，加總得各年齡之全株材積。
• 繪製樹幹剖面圖（幹形圖）、樹高生長曲線、直徑生長曲線與材積生長曲線。

二、樹幹解析之內容

樹幹解析可產出單木生長歷程之完整資訊：

1. 樹高生長歷程：各年齡之樹高，包含樹高定期生長量（Periodic Annual Increment, PAI）與平均生長量（Mean Annual Increment, MAI）。
2. 直徑生長歷程：各高度圓盤之直徑擴展軌跡，特別是胸徑（$DBH$）之生長曲線。
3. 材積生長歷程：各齡級之全幹材積、去皮與帶皮材積生長量。
4. 幹形發育與樹幹率：不同發育階段之幹形指數（Form factor）、高徑比（$H/D$ 比）變化。
5. 生長交會點（成熟齡判定）：計算材積之 PAI 與 MAI 曲線交會點，判定連年生長量最高時期與數量成熟齡（Biological rotation age）。
6. 環境歷史重建：藉由年輪寬窄逆推歷史氣候乾旱、疏伐擾動、立木競爭或病蟲害干擾之年份。

三、應用於「林分地位指數」時的解析木選取

1. 選木類別：必須選取優勢木（Dominant tree）​或優勢木與亞優勢木（Dominant and Co-dominant trees）。
2. 選取準則：

• 未受生長抑制：樣木自幼苗期至調查時必須始終處於主林冠層，接受充分光照，無早期受壓抑後釋放（Suppression and release）的生長型態。
• 頂芽與幹形完好：主幹通直，無斷梢、無風折分叉、無蟲蛀腐朽或遭病害侵襲。

核心觀念

本題整合了森林資源調查現況、氣候變遷與碳匯機制、IPCC 碳庫定義及森林生物量推估計算四大命題焦點：

1. 第四次臺灣森林資源調查（民國 97～103 年調查，104 年發布成果）：森林面積占全島土地面積的覆蓋率基準數值（約 $60.71\%$）。
2. 森林減緩全球暖化之機能：光合作用固定碳素（碳吸存）、長時間儲存於木質部與土壤（碳貯存）、以及木質材料取代化石材料的減碳貢獻（替代效應）。
3. IPCC 溫室氣體清冊指南之森林碳庫分類：生物量（地上部、地下部）、枯有機質（枯死木、落葉層）與土壤有機碳。
4. 蓄積量轉生物量碳貯存量之擴展法（Biomass Expansion Factors, BEF）：利用立木蓄積量（$V$）、木材基本密度（$D$）、生物量擴展係數（$BEF$）、根莖比（$R$）與碳含量率（$CF$）之數學推導： $C = V \times D \times BEF \times (1 + R) \times CF$ （或使用生物量轉換與擴展係數 $BCEF = D \times BEF$）。

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解題方法

本題為典型申論題（問答題），採「層次化標題與公式化推導」為最適切入點：

1. 子題一（森林覆蓋率與暖化角色）：

• 先直接破題給出調查官方精準數據（$60.71\%$，約 $60.7\%$ 或 $61\%$）。
• 從「匯（Sink）」、「庫（Stock）」與「替代效應（Substitution Effect）」三面向論述減緩暖化機制。

2. 子題二（IPCC 三大碳庫內容）：

• 依照 IPCC 國家溫室氣體清冊（AFOLU 部門）定義，將三大類細拆為標準的 5 個次碳庫（地上、地下、枯木、殘落物、土壤）並逐項定義。

3. 子題三（依林型以蓄積量推估碳貯存量）：

• 建立嚴謹數學推估式，列出各項參數符號與物理單位。
• 具體論述各參數如何隨「針葉樹林」、「闊葉樹林」或「針闊葉混淆林」等不同林型而調整數值。

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選項分析（申論評分要點與答題構陷分析）

本題非選擇題，依考選部評分要點，考生常犯之失分盲點如下：

• 覆蓋率數值偏差：若誤寫為第三次森林資源調查的 $58.53\%$ 或第三次調查航測修訂數值，會直接扣分。必須答出第四次調查之 $60.71\%$（或約 $60.7\%$）。
• 碳庫範疇缺漏：
• 易漏將「地下部生物量（細根與粗根）」納入生物量。
• 將「枯有機質（DOM）」與「土壤有機質」混為一談；枯有機質包含粗枯死木與地表落葉殘屑層，土壤有機碳指一定深度（通常為 $0 \sim 30\text{ cm}$）以內的礦質土有機質。
• 推估步驟跳躍：若只寫「蓄積乘以密度再乘以 0.5」，遺漏了將幹材轉為全株地上部（$BEF$）以及地上部轉地下根系（$R$）之步驟，無法取得完整推導分數。

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解題技巧

1. 數據記憶口訣：第四次森林資源調查覆蓋率記「六成一（60.71%）」，全島森林面積約 $219.7\text{ 萬公頃}$（全島約 $360\text{ 萬公頃}$）。
2. 公式推導模組：

• 幹材生物量：$M_{\text{stem}} = V \times D$
• 地上部生物量：$AGB = M_{\text{stem}} \times BEF = V \times BCEF$
• 全株生物量：$B = AGB \times (1 + R)$
• 碳貯存量：$C = B \times CF$

3. 林型分組對比法：

• 針葉樹林：樹幹圓滿通直，分枝少 $\rightarrow$ $BEF$ 較小；木材較軟 $\rightarrow$ $D$ 較小；碳含量通常略高（木質素高） $\rightarrow$ $CF \approx 0.51$。
• 闊葉樹林：樹冠分枝發達 $\rightarrow$ $BEF$ 較大；木質緻密 $\rightarrow$ $D$ 較大；碳含量 $\rightarrow$ $CF \approx 0.48$。

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【答案】

一、第四次臺灣森林資源調查之森林面積比率及其減緩全球暖化之角色

1. 森林面積占全島土地面積比率：

• 依據第四次臺灣森林資源調查成果，臺灣全島森林覆蓋總面積約為 2,197,000 公頃，占全島陸域土地面積之比率約為 60.71%（約 60.7%）。

2. 森林減緩全球暖化之重要角色：

• 碳吸存（Carbon Sink）：林木透過光合作用吸收大氣中的二氧化碳（$\text{CO}_2$），釋出氧氣，並將碳固定轉化為纖維素、半纖維素及木質素等有機碳。

核心觀念

本題測驗「森林經理學（經營學）」中「森林組織與區劃（Forest Organization and Division）」的核心概念，屬於森林經營計畫編擬時不可或缺的空間與作業結構劃分。相關依據以命題當年（民國 107 年）之《國有林經營計畫檢訂規範》及經典森林經營學收穫調節學理為準：

1. 作業級（Working Circle / Betriebsklasse）：

• 定義：在同一事業區內，凡樹種、經營目的、施業法（如皆伐、擇伐、傘伐）及輪伐期（或伐期齡）相同，而歸入同一收穫調節系統，進行獨立計算蓄積、生長量及收穫量之森林經營單位。
• 層級地位：為實施「永續收穫（Sustained Yield）」計算的最基本獨立收穫單位。

2. 伐採列區（Cutting Series / Hiebsserie）：

• 定義：在同一作業級（或林班）內，為了保護殘留林木、防止風倒、促進天然更新或水土保持，依特定的伐採方向與先後順序所劃定之伐區組合。
• 層級地位：屬於空間作業配置與防災上的細部組織，主要著眼於微氣候、風向及立地環境保護。

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解題方法

本題為標準的觀念闡述型申論題，作答時切入點應採「先定義名詞以確立層級，後分項深入剖析目的」：

1. 作業級著重於「經營計畫、數量分配與永續收穫控制」（時間與數量管理層面）。
2. 伐採列區著重於「伐採現場之空間排列、災害防禦與撫育更新」（空間與環境保護層面）。

依此架構展開，條理清晰且切中閱卷評分要點。

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選項分析

本題為申論題，非選擇題，無選項分析。考生在應試評分標準上的得分關鍵如下：

• 作業級目的（約占 50% 分數）：必須清楚論及「收穫調節獨立性」、「永續生產實踐」及「經營計畫擬定與考核」。
• 伐採列區目的（約占 50% 分數）：必須具體指出「防禦風害（逆風伐採）」、「促進幼林更新保護」與「分散水土流失與景觀衝擊」。

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解題技巧

1. 記憶口訣與空間/數量對比法：

• 作業級 $\rightarrow$ 「算量、管帳、求永續」：本質是「收穫調節與行政管理單位」，解決輪伐期多長、每年伐採多少蓄積的問題。
• 伐採列區 $\rightarrow$ 「排隊、擋風、顧更新」：本質是「空間推進與防災單位」，解決砍樹時先砍哪塊、後砍哪塊、如何避免被風吹倒的問題。