115 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

本題考查木材作為生物基材料的碳效益，以及林產工業如何降低生產與產品生命週期中的溫室氣體排放。比較木材與鋼材、混凝土時，應掌握三個面向：

1. 製造階段排放較低：鋼材冶煉與水泥製造需要大量能源，且製程本身會產生二氧化碳；木材加工通常耗能較低。
2. 木材具有生物碳儲存功能：林木生長時吸收二氧化碳，木材製成產品後，碳可在產品使用期間留存。木製品延長使用年限，便能延長碳留存在產品中的時間。
3. 替代效益：木材若用於取代部分鋼材或混凝土，可減少高排放材料的使用，降低建材製造階段的排放。

碳儲存量常以木材所含碳量換算為二氧化碳當量，基本關係為：

其中 $\frac{44}{12}$ 為二氧化碳分子量與碳原子量的比值。碳儲存不代表木材從此不排碳；產品焚燒或腐朽時，儲存的碳仍可能回到大氣。

解題方法

先從「木材相較於鋼材或混凝土的碳排優勢」作答，再提出兩項林產工業可執行的減碳作法。比較材料時，宜指出製造排放、碳儲存及材料替代三項機制，不宜只寫「木材是天然材料，所以較環保」。

核心觀念

本題考查木材的基本解剖構造，以及針葉樹材與闊葉樹材在宏觀外觀、細胞組成上的差異。木材是樹木形成層向內分生所形成的次生木質部，觀察木材構造時，常由橫切面、徑切面與弦切面辨認年輪、木材組織及細胞排列。

解題方法

先按木材的三切面說明基本構造，再從「導水細胞」與「木材組織、外觀特徵」比較針葉樹材和闊葉樹材。題目要求兩項主要差異，作答時應明確列出兩組對照。

木材的基本解剖構造

1. 三切面

• 橫切面：垂直於樹幹軸線的切面，可觀察年輪、早材與晚材、木射線，以及髓心向外的排列。
• 徑切面：沿樹幹縱軸並通過髓心的切面，可觀察木材縱向組織與木射線的縱向形態。
• 弦切面：沿樹幹縱軸、與年輪相切的切面，可觀察縱向組織及呈紡錘狀或帶狀的木射線。

2. 主要組織與細胞

• 軸向組織沿樹幹縱向排列，負責輸導、支持或儲藏；包括導水細胞、木纖維、軸向薄壁細胞等。
• 木射線沿髓心向外呈放射方向排列，參與橫向輸導與養分儲藏。
• 木材細胞的細胞壁主要由纖維素、半纖維素與木質素構成；細胞腔與細胞壁的比例、細胞排列及壁厚，會影響木材的密度、強度與外觀。

針葉樹與闊葉樹的兩項主要差異

核心觀念

本題考木材含水率的定義，以及水分在木材中的存在狀態如何影響強度與尺寸。木材是吸濕性材料，會隨周遭空氣的相對濕度與溫度吸收或釋出水分。

木材含水率通常以全乾木材質量為基準，稱為全乾基含水率：

其中，$m$ 為含水木材質量，$m_0$ 為全乾木材質量。因此含水率是水分質量相對於全乾木材質量的百分比，數值可以超過 $100\%$。例如，全乾木材質量為 $100\text{ g}$，含水木材質量為 $150\text{ g}$，其含水率為 $50\%$。

木材中的水分分為兩類：

• 自由水：存在於細胞腔及細胞間隙。
• 吸著水（結合水）：存在於細胞壁內。

纖維飽和點是細胞壁已達飽和、細胞腔自由水已排除的狀態，通常約為含水率 $30\%$，但會隨樹種及測定條件而異。

解題方法

先以纖維飽和點區分含水率變化的影響，再分別說明強度與尺寸安定性：

1. 高於纖維飽和點：水分變化主要是自由水增減，對木材強度與尺寸影響通常不大。
2. 低於纖維飽和點：水分變化涉及細胞壁內吸著水，會改變木材的力學性質與尺寸。

含水率對強度的影響

木材含水率由纖維飽和點以下下降時，細胞壁含水量減少，木材通常會變強、變硬，彈性及抗壓、抗彎等強度性質也多會提高；反之，含水率增加至纖維飽和點以下時，強度通常下降。

核心觀念

木材細胞壁的三大主要化學成分是纖維素、半纖維素與木質素。纖維素和半纖維素屬於碳水化合物，木質素則是複雜的芳香族高分子。三者共同構成木材細胞壁的複合結構，分別提供強度、黏結與支撐等功能。

木材成分比例會隨樹種、木材部位及生長條件而變動；若以乾木材概估，纖維素約占 $40\%$ 至 $50\%$、半纖維素約占 $20\%$ 至 $30\%$、木質素約占 $18\%$ 至 $35\%$。作答重點是說明三者的結構特性與基本功能，不必將比例視為固定值。

解題方法

先列出三大成分，再依「成分的分子結構與所在位置」說明其作用：纖維素形成細胞壁的主要骨架；半纖維素與纖維素微纖絲相連，構成基質；木質素填充並黏結細胞壁中的多醣成分。最後歸納三者如何共同提升木材的強度、整體性與耐久性。

三大成分及其基本功能

1. 纖維素（cellulose） 纖維素是由葡萄糖單元連接形成的線性多醣，鏈間可形成氫鍵並排列成微纖絲，是細胞壁的主要骨架。它提供木材重要的抗張強度與結構支撐，尤其有助於抵抗沿纖維方向的拉力。