111 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

本題測驗林產學概論中最基礎且核心之「森林產物定義與分類」，並要求結合當代（21世紀）林產利用的核心思維進行宏觀論述。

1. 法規定義依據： 依命題當年（民國 111 年）之《國有林產物處分規則》第 3 條規定：

• 主產物：指生立、枯損、倒伏之竹木及殘材。
• 副產物：指樹皮、樹脂、種實、落枝、樹葉、灌木、中藥草、草類、菌類及其他主產物以外之林產物。 （現行主管機關已改制為農業部林業及自然保育署，法規名詞與內容仍以原條文架構為準。）

2. 現代三大觀點核心概念：

• 材料觀點：木竹材為天然、非均質、具非等向性之多孔質生物基材料；相較於金屬與塑膠，加工耗能極低且具良好比強度，在新材料技術（如工程木材、奈米微纖維化纖維素 CNF）發展下大幅拓寬用途。
• 資源觀點：具永續再生性與可循環性。強調木質資源的「全株利用」與「梯級利用（Cascading Use）」，最大化資源壽命與經濟價值。
• 環境觀點：固碳（Carbon Storage）與減碳替代效益（Substitution Effect）。林木生長吸收二氧化碳固定於木質生質體內，利用木製成品可延長碳儲存時間，並取代鋼筋、水泥等高耗能化石材料。

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解題方法

本題由「三大觀點論述」與「主、副產物涵蓋種類與用途」兩大部分構成。答題時採取「總分總」之申論架構：

1. 前言破題：從 21 世紀邁向淨零碳排、循環經濟的大背景出發，由材料、資源、環境三維度定位森林產物利用的當代價值。
2. 分項論述（主產物）：引用民國 111 年法規標準定義其種類範圍，再依傳統製材、木質複合材料、生質化學等層次條列用途。
3. 分項論述（副產物）：引用法規條文界定種類，結合現代生技、精油化妝品、中草藥、園藝材料及台灣政策推動之「林下經濟」說明其多元用途。
4. 結語統合：以「全株梯級利用」與「木竹碳匯經濟」呼應 21 世紀永續利用之總結。

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選項分析

本題為申論題，非選擇題，無選項可資分析。評分核心在於：是否引述正確法規定義、分類是否齊全、用途是否兼具傳統工業與 21 世紀新興科技（如 CLT、CNF、生質精煉、林下經濟）、三大觀點是否明確貫穿全篇。

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解題技巧

1. 法規背誦精確度：閱卷老師評閱森林主、副產物時，最標準之客觀給分依據即為《國有林產物處分規則》第 3 條，切記一字不漏準確寫出「生立、枯損、倒伏之竹木及殘材」等法定列舉項目。
2. 切忌停留在 20 世紀思維：說明用途時，若只寫「木材用來蓋房子、燒柴、做家具；副產物用來採樹脂」，分數僅能及格。務必帶入 21 世紀關鍵詞彙：直交集成板（CLT）、生質精煉（Biorefinery）、木質素（Lignin）高值化、奈米纖維素（CNF）、林下經濟、固碳儲存效益。
3. 分點分段與對稱性：分類與用途採層次分明的數字編號（一、（一）、1.），以利閱卷人員快速勾稽得分點。

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【答案】

壹、21 世紀森林產物利用之當代觀點（材料、資源與環境）

在 21 世紀邁向永續發展與 2050 淨零排放目標之際，森林產物利用已超越傳統資源開採概念，呈現以下三種核心觀點： 一、材料觀點（Material Perspective）： 木材與竹材具備「質輕而強」、「絕熱性佳」、「觸感溫潤」及「加工能耗低」之優勢。在現代材料科學推動下，透過化學改性、物理重組與奈米技術，木竹材已轉型為高性能結構材料（如直交集成板 CLT、膠合樑）及前瞻先端材料（如奈米微纖維化纖維素 CNF、透明木材），克服天然木材易腐、易燃、非等向性之缺點。 二、資源觀點（Resource Perspective）： 森林產物屬「可永續再生之生物質資源」。

核心觀念

本題考查木材物理學與木材加工學之基礎核心概念——木材缺陷（Defects in Wood）之成因分類與性質影響。

1. 天然缺點（生長缺點，Growth / Natural Defects）：指林木在立木生長期間，因樹木生理生長機制、外力環境（如風力、重力、坡度、日照、積雪）或生物物理侵害而自然形成的組織與構造異常。此與伐採後的「乾燥缺點（乾裂、反曲、潰縮）」及「加工製材缺點（撕裂、鋸痕、厚薄不均）」有嚴格的界定區分。
2. 評估構面：木材評等與利用主要依據三大指標：

• 木材利用：加工切削性、乾燥穩定性、膠合與塗裝性能、製材出材率。
• 外觀品質：表面平整度、木理美觀性、瑕疵面積、視覺分級等級。
• 力學強度：縱向抗拉強度、抗彎強度（MOR）、彈性模數（MOE）、剪斷強度及應力集中程度。

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解題方法

本題為標準的申論型題型，作答策略採「分類歸納 $\rightarrow$ 個別定義 $\rightarrow$ 三大面向系統整合」之架構開展：

1. 分類陳述：按木材解剖與生理生長特徵，將天然缺點有條理地分為「節子」、「反應木」、「木理走向異常」、「生長裂痕」、「髓心與幼齡木」、「內部組織異物」等大類，確保涵蓋面廣且層次分明。
2. 影響剖析：分別針對題目要求的「木材利用」、「外觀」、「強度」三大影響，建立跨項目的橫向論述，避免零散片段的回答。論述時輔以微細構造（如微纖維傾角、生長應力集中等專有名詞），展現林產學專業深度。

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選項分析

本題為申論試題，無選項設計。針對國家考試評分要點之各子題權重與內涵進行破題分析：

• 子題一：天然缺點種類（配分約 40%～50%）：能否準確列舉出立木生長階段形成的缺陷（節子、應力木、傾斜木理、輪裂/心裂、幼齡木、樹脂囊/夾皮等），且明確排除伐倒後的人為乾燥與加工缺點。
• 子題二：對利用、外觀、強度之影響（配分約 50%～60%）：
• 利用層面：是否論及切削加工性（刀具磨損、起毛）、乾燥翹曲變形、膠合塗裝障礙及出材率折損。
• 外觀層面：是否論述等級降低、死節孔洞、色澤不均；並適度點出部分特殊木理（如鳥眼紋、波狀紋、樹瘤）在裝飾利用上的逆向增值價值。
• 強度層面：是否精確指出纖維走向傾斜造成的縱向抗拉與抗彎強度折減、應力集中現象，以及幼齡木與反應木的低強度或脆斷傾向。

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解題技巧

1. 記憶口訣與結構聯想法：「節、木、理、裂、心、雜」

• 節：節子（活節、死節、腐朽節）。
• 木：反應木（壓應力木、張應力木）。
• 理：木理異常（螺旋木理、交錯木理、波狀木理）。
• 裂：天然裂痕（輪裂、心裂、星裂、霜裂）。
• 心：髓心與幼齡木。
• 雜：夾皮、樹脂囊、生長變色或立木心腐。

2. 常見陷阱與扣分地雷：

• 誤混伐後缺點：切勿將乾燥造成的表面割裂（Surface check）、端裂（End check）、潰縮（Collapse）或蜂窩裂（Honeycombing）歸為生長天然缺點。
• 過度負面化外觀：論述外觀時，若能補充「少數生長異常木理（如樹瘤 Burls、鳥眼木紋 Bird's eye grain）反而提升高級家具與飾面板價值」，能顯著提高閱卷給分檔次。

3. 力學強度答題重點：木材是高度非等方性材料（Anisotropic material），其平行木理抗拉強度最高。只要生長缺點使木纖維走向偏離軸向（如節子周圍纖維偏斜、傾斜木理），強度即呈指數型衰減。

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【答案】

一、木材因生長過程產生之天然缺點種類

木材在立木生長期間，因樹木生理發育、枝條生長、環境應力及外傷所形成之天然缺點主要包括以下類別：

1. 節子（Knots）

• 枝條基部包埋於樹幹木質部中所形成之構造。
• 活節（Sound knot / Tight knot）：樹枝活存期間與樹幹組織緊密相連之節子，質地堅硬、不易脫落。
• 死節（Loose knot / Encased knot）：枝條枯死後，樹幹肥大生長將其包入，周圍常隔有樹皮，與幹材組織不連續，製材後極易鬆動脫落形成節孔。
• 腐朽節（Decayed knot）：受真菌侵染而已軟化分解之節子。

2. 反應木／應力木（Reaction wood）

• 樹幹受傾斜、強風或重力影響，為恢復直立而於傾斜面生成之異常木質部。

核心觀念

本題考查林產學中「木材製材學（Wood Sawing / Conversion）」之核心知識，涉及原木鋸解工藝與木材解剖物理特性的交互作用：

1. 製材取材法（Sawing Methods / Patterns）：指依據原木徑級、材質、缺陷分佈及成品規格，所採取的原木剖切路徑與翻轉作業模式。主要包含「平剖法（貫通製材法）」、「迴轉製材法（圍剖法）」及「四分製材法（徑切取材法）」。
2. 木材三切面與角度定義：

• 徑切面（Radial Section / 柾目）：鋸切面沿樹幹半徑方向剖切，與年輪切線之夾角介於 $45^\circ \sim 90^\circ$（通常接近 $90^\circ$）。
• 弦切面（Tangential Section / 板目）：鋸切面沿年輪之切線方向剖切，與年輪切線之夾角小於 $45^\circ$。

3. 木材非等向性（Anisotropy）與乾縮比：木材在三方向之乾縮率差異極大，縱向（$L$）可忽略，而弦向乾縮率（$T$）約為徑向乾縮率（$R$）的 1.5 至 2.0 倍（即 $T/R \approx 1.5 \sim 2.0$），此物理特性決定了兩類板材在乾燥變形與尺寸安定性上的本質差異。

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解題方法

本題為典型之結構型申論題，答題切入點應分為兩大主軸，層次分明地鋪陳：

1. 第一部分：詳述一般製材作業之取材法 從工藝原理、原木翻轉程序及適用原木特徵，具體剖析「平剖法（貫通取材法）」、「圍剖法（迴轉取材法）」與「四分法（徑切取材法）」。
2. 第二部分：系統化比較取材切面（徑切面 vs. 弦切面）之差異性 以「解剖構造特徵」、「物理與尺寸安定性」、「製材生產與利用率」、「力學與外觀用途」四個關鍵構面進行橫向對比，並搭配綜合比較表，以符合閱卷委員對專業性與條理性的評分標準。

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選項分析

（本題為國家考試申論題，非選擇題，無選項分析。考生應展現完整之邏輯推導與體系化作答架構。）

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解題技巧

1. 幾何夾角判斷原則：界定板材為徑切或弦切板，是以板面與年輪所夾角度判定：$\theta \ge 45^\circ$ 判定為徑切板（柾目板）；$\theta < 45^\circ$ 判定為弦切板（板目板）。
2. 善用「對比表格」獲取高分：申論題在闡明文字後，附上多維度對照表（涵蓋外觀、乾縮比、翹曲傾向、製材率、成本及用途），能大幅提升卷面專業度。
3. 避開常見陷阱：

• 勿僅寫出「徑切法」與「弦切法」，應寫出製材廠實際操作之工法名稱（如貫通法、四分法、旋轉切法）。
• 解釋變形時，務必說明「弦向收縮大於徑向收縮」是導致弦切板產生「杯凹（Cupping）」翹曲的主因。
• 提及紋理時，應帶出顯著木質線樹種（如櫟木）在徑切面形成的「虎斑紋／銀紋（Silver grain）」。

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【答案】

一、一般製材作業之取材法

製材作業係根據原木直徑大小、心材與邊材之分布、內部缺陷（節疤、腐朽、裂縫、偏心）以及目標規格，採用下列三種主要的取材方式：

1. 貫通製材法（平剖法／Live Sawing / Through-and-Through Sawing）

• 工藝操作：將原木固定後，鋸機沿單一方向由一側平行連續縱剖至另一側，作業過程中原木不翻轉或僅翻轉一次。
• 特點與適用性：
• 工序最簡便、操作迅速、機械產能最高。
• 原木邊皮損失少，製材利用率（鋸材收率）最高。
• 產出之板材兼具中央部位之徑切板與兩側部位之弦切板，但兩側板材帶有較多樹皮與邊材，後續需額外進行切邊（Edging）修整。
• 常用於中小徑木、針葉樹結構材或加工價值較低的原木。

2. 迴轉製材法（圍剖法／Cant Sawing / Sawing Around）

• 工藝操作：先自原木外側鋸切去皮板，隨後依序翻轉原木（每切數刀翻轉 $90^\circ$ 或 $180^\circ$），由外向內逐步鋸解，中央部位保留為方材（Cant）或進一步剖成板材。
• 特點與適用性：
• 操作過程中可依鋸切所暴露之木材內部缺陷（如活節、死節、腐朽）動態調整翻面時機，將優等材取自外圍高價值部位。

核心觀念

本題屬於「林產學」（木材化學與木材物理加工領域）之經典常考題型，測驗考生對於「木質生質材料熱裂解機制」及「炭化利用技術」之跨領域整合能力。核心概念涵蓋：

1. 木竹材之熱裂解（乾餾）化學反應歷程：木竹材主要成分（半纖維素、纖維素、木質素）在隔絕氧氣（或缺氧）高溫環境下的階段性熱降解行為、吸熱／放熱反應分界點及其氣液固三相產物轉換。
2. 木竹炭製程技術：土窯法、機械窯（乾餾爐）法，以及依精煉冷卻方式劃分之黑炭（軟炭）與白炭（硬炭）製造工藝。
3. 炭材之物理與化學微觀性質：孔隙構造（多孔性）、比表面積、固定碳含量、導電性（體電阻率）、酸鹼度（pH 值）及礦物成分。
4. 木竹炭及其副產品之多元利用：吸附與環境淨化、土壤改良（生物炭，Biochar）、調濕、健康紡織與電磁遮蔽、副產物（木竹醋液）之農業及生活利用。

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解題方法

本題為標準的四段式申論問答題，配分通常為 20 至 25 分。作答時應採取「結構化、層次分明」之論述邏輯，切忌籠統混寫，建議分為四大軸線依序開展：

1. 界定「無氧狀態下之燃燒」本質：點出題目所指「無氧燃燒」實為木竹材之「乾餾（Dry Distillation）」或「熱裂解（Pyrolysis）」，並依溫度區間劃分四個熱降解階段（乾燥脫水 $\to$ 初期分解 $\to$ 主熱裂解/激變放熱 $\to$ 煅燒熟成），清楚註明各主要化學成分裂解溫度與相態產物。
2. 歸納木竹炭製造方法：以「炭化設備體系」（傳統窯與現代機械爐）及「精煉排煙冷卻技術」（黑炭窯內冷卻 vs. 白炭出窯消火粉急冷）為切入點，並點出竹材加工特點（打通竹節防止爆裂）。
3. 系統化分析木竹炭性質：拆解為「物理性質」（比表面積、孔隙微構造、密度、導電性）與「化學性質」（固定碳、灰分礦物質、表面含氧官能基、鹼性）。
4. 多元利用用途之分類展現：以「燃料能源」、「環境淨化與調濕」、「農業與生質固碳」、「機能性材料及生醫紡織」、「副產物（竹醋液）利用」條列說明，展現答題廣度。

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選項分析

本題為公職考試「申論題（問答題）」，無選擇題選項。依據典試委員閱卷給分標準，各評分要點與配分權重對應如下：

• 子題一：無氧狀態下之燃燒變化（約 7 分） 必須說明無氧加熱並非真正氧化燃燒，而是熱裂解反應。考生若僅寫出「會變黑、燒焦」，分數落入低標；必須精準寫出「乾燥吸熱階段（$< 200^\circ\text{C}$）」、「半纖維素分解階段（$200\text{–}260^\circ\text{C}$）」、「纖維素與木質素劇烈放熱裂解（$260\text{–}450^\circ\text{C}$）」及「高溫炭化熟成（$> 450^\circ\text{C}$）」，並指出氣體（木瓦斯）、液體（木醋液、木焦油）與固體（炭）生成歷程，方能取得滿分區段。
• 子題二：木竹炭之製造方法（約 6 分） 必須掌握「黑炭製法」與「白炭製法」的精煉溫度及消火冷卻途徑之關鍵差異，或說明土窯（磚窯）與現代機械乾餾爐的操作流程。針對竹材，須提及進窯前破節以防受熱氣爆的關鍵前處理步驟。
• 子題三：木竹炭之性質（約 6 分） 核心在於「微孔結構／高比表面積」、「固定碳含量」與「高溫精煉下的電阻下降（石墨化傾向）」。需兼顧物理孔隙特性與化學官能基特性。
• 子題四：木竹炭之可利用用途（約 6 分） 評分著眼於應用廣度。若僅答「烤肉當燃料」僅能得基本分；須涵蓋水質與空氣吸附淨化、土壤改良劑（生物炭）、調濕建材、電磁波遮蔽及副產物（竹醋液）之綜合加值利用。

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解題技巧

1. 概念澄清竅門：題目提及「無氧狀態下之燃燒」，實務與學術上屬於「熱裂解（Pyrolysis）」，閱卷時第一句話破題指正此點，能立即展現扎實的學科基本功。
2. 溫度數據記憶口訣：

• 室溫至 $200^\circ\text{C}$：脫水乾燥（吸熱）。
• $200\text{–}260^\circ\text{C}$：半纖維素先崩解（弱吸熱至弱放熱）。
• $260\text{–}450^\circ\text{C}$：纖維素、木質素崩解（激變放熱，木醋液、焦油、木瓦斯大噴發）。
• $> 450^\circ\text{C}$：精煉鍛燒（固定碳增加、脫氫脫氧）。

3. 白炭 vs. 黑炭對比口訣：

• 黑炭：低溫炭化（$400\text{–}700^\circ\text{C}$）、窯內封氣冷卻、敲擊聲沉、質軟易引火。
• 白炭：高溫精煉（$900\text{–}1000^\circ\text{C}$）、出窯沙灰急冷、外覆白粉、敲擊具金屬聲、導電度高。

4. 易失分陷阱：忽略「竹材」的特殊性。竹材組織空心、壁薄、含矽量高且節間密閉，製炭前必須「破節排氣」以避免高溫下蒸氣壓力引發窯爆。

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【答案】

一、木竹材於無氧狀態下之燃燒（熱裂解）變化歷程

木竹材在無氧或嚴格隔絕空氣之高溫環境下受熱，不會發生明火氧化燃燒，而是經歷複雜之**乾餾（熱裂解，Pyrolysis）**反應。木竹材三大主要成分（半纖維素、纖維素、木質素）因耐熱性不同，隨溫度上升依序發生熱降解：

1. 乾燥脫水階段（室溫至約 $200^\circ\text{C}$，吸熱反應） 木竹材內部之自由水與結合水陸續蒸發逸散，化學構造尚未顯著崩解。此階段主要為物理性脫水，需自外界大量吸收熱量。
2. 預備熱解階段（約 $200\text{–}260^\circ\text{C}$，弱吸熱轉弱放熱反應）