111 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

本題評量考生對「森林水文學」基礎理論與「森林生態系經營（Ecosystem Management）」空間規劃實務的掌握程度。核心考點包含：

1. 集水區（Watershed / Catchment）的水文學定義與系統特性：包含分水嶺邊界、地表與地下水文循環收支、共同流出口等要件。
2. 集水區的分類體系：依尺度（河川級序與空間規模）、功能與法定管理目的、地文水系型態等多維度分類。
3. 森林經營分區與規劃體系：以命題當年（民國 111 年）法規及國有林經營政策為準，集水區是落實生態系經營、打破人為行政界線的自然邊界單元；其水文敏感度直接決定國有林四大分區（國土保安區、自然保護區、森林育樂區、木材生產區）的界線劃設、保安林編入，以及撫育、伐採、林道規劃與治山防災的施業限制。（註：行政院農業委員會林務局已於民國 112 年 8 月改制為農業部林業及自然保育署，相關機關名稱與法制架構現行法已修正，解題仍以命題當年為準）。

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解題方法

本題為標準的「名詞定義 $\rightarrow$ 體系分類 $\rightarrow$ 實務申論」結構題。答題採用層次推進的論述方法：

1. 定義部分：由地表地形延伸至地下含水層，確立集水區為具備「物質與能量平衡」的封閉性自然單元。
2. 分類部分：切勿僅列出單一標準，應分別從「空間尺度／級序」與「管理目標／利用功能」雙軸線切入，展現分類的系統性。
3. 申論部分：扣緊「森林分區」與「經營規劃」兩大主軸，從「空間劃分單元」、「水土保安優先原則」、「森林施業限制（緩衝帶、伐區配置）」、「土砂災害防禦」及「成效監測評估」五個面向展開論述，具體連結國有林經營分區管理制度。

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選項分析

本題為申論題，無選擇題選項。閱卷評分重點在於：定義是否精確提及「分水嶺」與「共同出口」、分類是否周全，以及申論時能否跳脫泛泛空談「涵養水源」，具體結合森林經營計畫、四大功能分區與各項林業作業施業準則。

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解題技巧

1. 定義不可遺漏三要素：(1) 地文邊界（分水嶺）、(2) 水文收支（地表逕流及地下水匯流）、(3) 出口點（單一量水站或出海口）。
2. 分類維度要多元：空間尺度（大集水區、次集水區、微集水區）展現專業深度；法定管理類別（水庫集水區、水源涵養保安林集水區）連結林政法規。
3. 角色申論緊扣法制與生態原則：務必提及「集水區是森林生態系經營的理想實體單元」，並帶出「國土保安區」與「水岸林緩衝帶（Riparian Buffer Zone）」的配置，即可獲取高分。

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【答案】

一、集水區之定義

集水區（Watershed、Catchment 或 Drainage Basin）指在自然地文條件下，所有降水經由地表逕流及地下水匯流，最終集中排放至單一共同出口（Outlet 或 Pour point）的地表與地下邊界範圍所圍成的封閉性水文地貌單元。其核心內涵包含：

1. 邊界特徵：由地形稜線相連而成之「分水嶺（Drainage divide）」作為天然地文邊界，將不同水系分開。
2. 水文閉合性：降水進入該範圍後，除蒸散發散失外，其餘水分均遵循重力梯度於該區內流動，具備可定量計算之水文收支平衡方程式（$P = R + ET + \Delta S$，其中 $P$ 為降水、$R$ 為逕流、$ET$ 為蒸散發、$\Delta S$ 為蓄水量變化）。
3. 生態系整體性：集水區不僅是水文單元，亦為地表養分循環、泥砂輸砂、動植物棲地連續體之生物物理整合系統。

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二、集水區之分類

集水區可依據空間尺度、管理功能及地文特徵等不同標準進行分類：

1. 依空間規模與水文級序分類

• 大集水區（Major Watershed / River Basin）：涵蓋整條主要河川水系（如大甲溪、濁水溪流

核心觀念

本題測驗林分密度管理的核心學理——**「林分立木度」（Stand stocking）與「林分立木度圖」（Stocking chart / Stocking guide）**的架構與林業實務應用。

1. 立木度（Stocking）與林分密度（Density）之辨析：

• 林分密度（Stand density）：為絕對數值，指單位面積內的林木數量或大小量度，如每公頃株數（Trees per hectare, $\text{TPH}$）、每公頃胸高斷面積（Basal area per hectare, $G$ 或 $\text{BA}$）等。
• 林分立木度（Stand stocking）：為相對概念，指現有林分密度相對於「某一經營目標」或「生育地空間最適利用標準」之充實程度（以百分比或等級表示，如過密、充分、欠立木）。

2. Gingrich 立木度圖模型： 林學界最普遍應用的立木度圖為 Samuel F. Gingrich（1967）提出的同齡單純林立木度模型，其整合了單位面積株數（$N$）、**每單位面積胸高斷面積（$BA$）及林木二次平均胸徑（Quadratic Mean Diameter, $\text{QMD}$）**三者之間的幾何與生長關係： $\text{QMD} = \sqrt{\frac{4 \cdot BA}{\pi \cdot N}}$ 並以 A 線、B 線、C 線劃定不同的立木充實程度。

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解題方法

本題為經典的三段式申論題，解題切入點應採「定義辨析 $\to$ 圖表架構剖析 $\to$ 經營決策實務」層層推進：

1. 第一部分（意義）：從「樹冠對生育地空間的利用度」與「絕對密度 vs. 相對立木度」對比切入，說明立木度反映的是林木個體與環境資源（光、水、養分）的競爭飽和狀態。
2. 第二部分（構成要素）：以最標準的 Gingrich 立木度圖為代表，拆解其「三大變數坐標軸／等值線」與「三大分界基準線（A、B、C 線）」，具體說明每一條線的生物學意涵（自我疏伐上限、樹冠剛閉鎖之充分利用線、潛在恢復線）。
3. 第三部分（應用）：將抽象圖表轉化為林業現場的具體經營決策，涵蓋現況診斷、疏伐時機與強度之擬定、林分生長軌跡預測、撫育週期排程。

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選項分析

本題為申論題，無選擇選項。閱卷評分重點與架構剖析如下：

• 子題一（林分立木度的意義）：能否精準區分「密度（Density）」與「立木度（Stocking）」，並點出立木度是衡量「林地空間利用率」之相對指標，為得分基準。
• 子題二（立木度圖的構成要素）：必須完整答出「坐標變數（橫軸株數、縱軸斷面積、斜向或輻射之等平均直徑線）」以及劃分立木等級的「A、B、C 基準線」，缺任一項均會失分。
• 子題三（資源管理上的應用）：須扣合「森林撫育管理（特別是疏伐規劃）」，明確寫出如何利用圖表判定疏伐時機、決定疏伐下限，以及掌握全林最大收穫與個別木徑級生長的平衡。

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解題技巧

1. 名詞對比技巧：回答「立木度」時，務必主動對比「林分密度」，點出「密度是絕對量，立木度是相對量」，能立即展現專業素養。
2. 圖表三線記憶法：

• A 線（上限）：100% 立木度（正常林或過密林臨界，再往上會自疏自落）。
• B 線（下限）：樹冠剛閉鎖（林木生長無浪費空間，個別木生長最佳且林分產量最大）。
• C 線（臨界）：若低於此線，林木在 10 年內無法自行靠生長達到閉鎖（視為立木不足）。

3. 經營軌跡聯想法：疏伐路徑在立木度圖上表現為「由 A 線垂直或往左下切至 B 線（株數與斷面積減少，直徑變化視疏伐方式而定）」，隨後林分沿等直徑增長軌跡往右上再次靠近 A 線，依此循環排定經營計畫。

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【答案】

一、林分立木度（Stand Stocking）之意義

1. 定義與概念： 林分立木度（Stand stocking）是指林分內現存立木對該立地生態生長空間（如陽光、水分、養分與地上地下空間）的利用充實程度，為一相對性指標。
2. 與林分密度（Stand Density）之區別：

核心觀念

本題評量考生對森林測計學與竹林資源經營調查中「生物量（Biomass）估算技術」的掌握程度。竹類植物為禾本科（Poaceae）多年生單子葉植物，其解剖與生長特性與一般雙子葉樹木或針葉樹顯著不同（無維管束形成層、無年輪、單竹萌發當年直徑與高度即定型、木質化程度隨竹齡增加）。

本題涵蓋之核心理論與公式包括：

1. 單竹生物量破壞性採樣：分層刈割法（Stratified clipping method）或器官分劃法（竹稈、竹枝、竹葉）。
2. 水分轉換機制：鮮重（Fresh weight, $FW$）與恆乾重（Oven-dry weight, $DW$）之含水率轉換： $DW = FW \times \left(1 - MC\right) = FW \times \left(\frac{DW_{\text{樣品}}}{FW_{\text{樣品}}}\right)$ 其中 $MC$ 為含水率（以鮮重為基準）。
3. 異速生長方程式（Allometric equation）： $W = a \cdot DBH^b \quad \text{或} \quad W = a \cdot (DBH^2 \cdot H)^b$ 經對數轉換為線性迴歸： $\ln W = \ln a + b \ln(DBH)$
4. 林分生物量擴推：樣區調查法（Sample plot inventory），藉由每木調查之徑階分布或平均竹法推估單位面積（每公頃）總地上部生物量。

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解題方法

解析本題應採**「由個體（單竹）至總體（林分），再由物理量測至經驗模型參數」**的結構性推導邏輯：

1. 單竹地上部生物量解析：以「破壞性伐倒採樣法」為基礎。說明伐倒後之分器官切劃、現場秤重、室內烘乾至恆重與各器官乾重加總。
2. 林分地上部生物量解析：透過「樣區每木調查」，結合「異速生長方程式法（徑階推估）」或「平均竹法（分齡平均竹）」，將樣區生物量放大換算為林分每公頃生物量。
3. 相關參數之決定方法：系統性拆解三類參數：

• 形態測計參數：胸高直徑（$DBH$）、竹高（$H$）、立竹株數（$N$）。
• 生態生理參數：竹齡（度級判別）。
• 含水率與迴歸參數：乾鮮重比（含水率）、異速生長模型係數（$a, b$）。

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選項分析

本題為國家考試專業科目之「申論題」，非選擇題，故無個別選項。

在申論題評分架構上，閱卷委員著重於層次條理與林業專業專有名詞之精確度。考生應避免僅寫樹木材積調查法，必須明確點出「竹林」特有的生物量調查特性（如：竹齡判定、分器官採樣、無年輪特性）。

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解題技巧與常見陷阱

1. 關鍵得分點——竹齡的影響：竹子沒有年輪，但竹齡直接決定細胞壁木質化程度與含水率。1年生竹與4年生竹即使胸徑完全相同，其生物量乾重亦有顯著差異。答題時若未提及「竹齡的分級與判定」，分數難以達到甲等。
2. 避免混淆鮮重與乾重：生物量在學術與實務定義上均指「烘乾乾重（Oven-dry weight）」，絕非現採鮮重。必須寫出實驗室 $103 \pm 2^\circ\mathrm{C}$ 或 $105^\circ\mathrm{C}$ 烘乾至恆重的標準程序。
3. 對數轉換偏差修正：若提及 $\ln W = \ln a + b \ln(DBH)$ 線性化回推時，提及校正因子（Correction Factor, $CF = \exp(SEE^2 / 2)$），能展現深厚的測計學底子。

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【答案】

一、單竹地上部生物量之解析方法

單竹地上部生物量通常採用**破壞性採樣調查法（Destructive harvesting method）**結合分層割取解析：

1. 採樣選株：在調查林分中，依竹林徑級（$DBH$）分布與竹齡級（1年生、2年生、3年生以上），採分層隨機抽樣選定具代表性之樣竹。
2. 伐倒與分器官割取：

• 於地表處伐倒樣竹，量測全竹高與枝下高。
• 將單竹地上部各器官分離為：竹稈（Culm）、**竹枝（Branch）及竹葉（Leaf）**三大部分。

3. 鮮重秤量：於野外現地使用吊秤或精密電子秤，分別秤取各器官之現地總鮮重（$FW_{\text{稈}}$、$FW_{\text{枝}}$、$FW_{\text{葉}}$）。
4. 副樣品採集與乾重測定：

• 竹稈：依相對高度（如基部、中部、頂部）各切取 $10 \sim 20\text{ cm}$ 之圓盤或竹段作為副樣品（Sub-sample）。
• 竹枝與竹葉：經充分均勻混合後，分別隨機取樣 $200 \sim 500\text{ g}$ 作為副樣品。

核心觀念

本題考查林業地理資訊系統（GIS）與森林資源調查中的空間資料模型（Spatial Data Model）基本原理及其誤差分析。

1. 空間資料模型定義：

• 向量模式（Vector Model）：利用歐幾里得幾何中的點（Point）、線（Line/Polyline）、面（Polygon）等幾何圖元，以精確的坐標序列 $(x, y)$ 記錄物體邊界與形狀。
• 網格／方格模式（Raster / Grid Model）：將地理空間劃分為規則排列的二維像元矩陣（Row $\times$ Column），每個像元（Cell/Pixel）賦予單一數值以表示地理現象。

2. 取樣定理與空間解析度（Spatial Resolution）：方格模式的空間解析度決定了最小可辨識地物單元，依奈奎斯特取樣定理（Nyquist Sampling Theorem），要精確辨識目標地物，取樣間距至少需為地物特徵尺寸的二分之一以下。
3. 誤差傳播與量化理論：連續地理實體經離散化（Discretization）轉為方格單元時產生的混淆像元（Mixed Pixel）、鋸齒效應（Aliasing）及幾何扭曲。

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解題方法

本題為標準的觀念整合型申論題，答題切入點應依序展開：

1. 第 (一) 子題：採「對比比較法」，自基本構成、適用資料類型、空間分析優劣勢、資料儲存與精確度四大面向，並聯森林經營管理實務（如林班界與 DEM 之差異）進行對照說明。
2. 第 (二) 子題：從「連續至離散的轉換過程」與「資料處理運算」兩個維度，剖析方格模式的內生誤差，歸納為：空間幾何誤差（鋸齒化）、混合像元誤差、屬性指派誤差、重取樣內插誤差與拓樸不連續誤差。
3. 第 (三) 子題：採「對症下藥法」，逐一針對第 (二) 小題所列之誤差類型提出具體工程與技術解決方案（如提高解析度、優化轉換演算法、光譜解混技術、選用適當重取樣法及混合資料結構）。

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選項分析

本題為申論題（非選擇題），無選項分析。各子題評分爭點與架構剖析如下：

• 第 (一) 小題（特性分析）：評分關鍵在於能否具體指出向量模式「邊界精確、具拓樸關係、擅長離散多邊形」與網格模式「結構規則、擅長連續表面、地圖代數運算快」的對比，而非僅憑字面泛泛而談。
• 第 (二) 小題（誤差類型）：考生常將「遙測感測器光學誤差」與「方格資料模式結構誤差」混淆。本題重點在於「方格資料結構（Raster Data Structure）本身造成的誤差」，特別是混合像元（Mixel）與量化效應。
• 第 (三) 小題（降低誤差）：不可僅回答「買更好的儀器」或「解析度開最高」，必須提出符合空間資訊理論的具體方法（例如中心點法改為主導面積法、次像元分析、雙三次旋積等）。

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解題技巧

1. 表格化對比搶下基本分：第 (一) 小題的兩者特性先列綜合對照表，再以文字條列補充，能讓閱卷委員一眼掌握核心重點。
2. 林業情境實例加分：論述時主動代入森林經營管理實例（如林班界、小班界、林道網絡適合向量；數值高程模型 DEM、樹冠高度模型 CHM、植生指標 NDVI 適合網格），能展現林業專業背景。
3. 避免極端化陷阱：在降低誤差時，切記「提高解析度」並非萬靈丹，必須提及「儲存容量以二次方增長（$O(n^2)$）與運算負擔之間的權衡（Trade-off）」，體現答題的深度。

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【答案】

(一) 向量式與網格式資料模式之特性

比較項目	向量式資料模式（Vector Model）	網格／方格式資料模式（Raster/Grid Model）
基本構成	點（Point）、線（Line）、面（Polygon），以坐標串列 $(x, y)$ 記錄。	二維矩陣排列的規則方格（Cell/Pixel），以列（Row）與行（Column）定位。
空間表現能力	邊界平滑、形狀精確，適合表現不連續、離散的邊界清晰地物。	呈階梯鋸齒狀，極適合表現連續變化的漸變空間現象（場模式）。
拓樸關係	易於建立與維護相鄰、包含、連通等拓樸關係（Topology）。	難以直接建立複雜拓樸關係，相鄰關係僅依賴像元連通性（4-鄰域或 8-鄰域）。
空間分析特性	網絡分析、周長及幾何疊加運算精準，但多圖層套疊演算法複雜。	適合進行地圖代數（Map Algebra）、表面分析（坡度、坡向）與距離變換，運算效率高。
林業應用實例	國有林事業區邊界、林班／小班界線、林道系統、永久樣區點位。	數值高程模型（DEM）、樹冠高度模型（CHM）、NDVI 植生指標、森林火險擴散模擬。

1. 向量式資料模式特性：

• 幾何保真度高：圖資放大縮小不失真，可完整保留林地地籍界線或林道中線之細節幾何資訊。