110 高普考高考三級 林業技術 森林生態學（包括保育） 考古題詳解
第 1 題25 分
請試述天然或自我疏伐（Self-thinning）發生的原因、時機及其在林業實務上之運用。
若以 表示天然疏伐開始後林木的胸高直徑或斷面積（）與當時林分密度（）間之關係， 與 為模式之參數。請試述 參數所代表之生物意義及其一般估算值的範圍。
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核心觀念
自我疏伐（self-thinning，又稱天然疏伐）是林分密度過高後，林木彼此競爭生長空間與資源，部分林木因競爭劣勢而枯死，使林分株數自然減少的過程。它常見於同齡、立木度高且林冠已鬱閉的林分；枯死木通常是受壓木或生長較差的小徑木。
題目所列關係式為：
其中 是單木胸高直徑或單木斷面積， 是單位面積林木株數（林分密度）， 是尺度參數， 是密度與單木大小的冪次指數。取對數後為：
因此， 是雙對數圖上「單木大小對林分密度」的斜率，表示密度增加時，單木平均大小如何隨之改變。
發生原因與時機
林木生長會使林冠逐漸鬱閉，個體間對光、水分、養分及生長空間的競爭加劇。優勢木較能取得資源，受壓木則生長受抑；當競爭強到部分林木無法維持生理活動時，便會枯死，林分株數隨之下降。這是密度制約下的自然死亡，並非人工砍伐造成。
自我疏伐通常發生在林分建立後、林木持續生長而密度仍高的階段，尤其是林冠閉鎖、林分接近或超過最大密度承載能力時。它不是固定林齡的事件：樹種、生育地、林木初植密度及生長速度不同，開始時機也會不同。
β 的生物意義與估算範圍
表示密度增加時單木大小下降的相對速率；在自我疏伐線上通常為負值。其數值受到 的定義影響，胸高直徑與斷面積不可混為同一個指數。
以林分達到最大密度、單位面積林分斷面積近似不再增加作為理論基準，若 是單木斷面積，則林分斷面積約等於 乘以單木斷面積，因此：
第 2 題25 分
請試述植群分析方法中分類（Classification）及分布序列（Ordination）兩種方法在植物物種沿環境梯度如何分布觀點之差異及為何有該等差異。
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核心觀念
本題考查植群分析中「分類」與「分布序列」對植物物種沿環境梯度分布方式的不同假設。
- 分類（Classification）：依樣區間物種組成或豐度的相似程度，將樣區劃分為若干植群類型或群集。它著重於辨識植群間的群集界線。
- 分布序列（Ordination）：依樣區間物種組成的差異，把樣區排列在一個或多個連續軸上，呈現植群組成的變化方向與程度。排序軸常可對應環境梯度，但軸本身不一定直接代表特定環境因子。
兩種方法的分布觀點
依傳統植群分析觀點，分類與排序對物種沿環境梯度的分布有不同看法：
- 分類觀點：群集離散、分布具界線。 環境梯度上存在若干植群類型；不同類型之間有可辨識的群集界線。分類因此將樣區歸入不同群組，呈現植群間的間斷性。
- 排序觀點：群集連續、物種逐漸替代。 物種沿環境梯度各自呈現分布與豐度變化，物種彼此的反應位置、幅度及範圍不同。隨梯度改變，物種組成逐步更替，樣區之間通常形成連續變化，未必存在明確的植群界線。
為何會有差異
兩者的差異主要來自對物種分布型態及分析目標的不同處理：
第 3 題25 分
請試述人造林生態系自建造開始後，其自營性呼吸速率（Autotrophic Respiration）、異營性呼吸速率（Heterotrophic Respiration）、淨初級生產力（Net Primary Productivity）及淨生態系生產力（Net Ecosystem Productivity）的碳通量（Carbon Flux）相對於粗初級生產力（Gross Primary Productivity）隨時間大致之動態變化，並請試述為何適時伐採並利用將有助於該人造林生態系單位面積總碳量之固定。
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核心觀念
本題考查森林生態系的碳收支，以及人造林隨林齡增加時，光合作用固定碳與呼吸作用釋碳之相對變化。題目中的「碳通量相對於 GPP」可用下列關係整理：
其中：
- GPP（粗初級生產力）：植物經光合作用固定的總碳量。
- 自營性呼吸 ：植物維持生命及生長所消耗、並以二氧化碳釋出的碳，包括地上部與根系呼吸。
- NPP（淨初級生產力）：植物扣除自身呼吸後，新增的有機碳，可供植物生長、繁殖及其他生態系成分利用。
- 異營性呼吸 ：微生物、土壤動物等分解者分解枯枝落葉、死根及土壤有機質時釋出的碳。
- NEP（淨生態系生產力）：扣除自營性與異營性呼吸後，生態系淨吸收或釋出的碳。若 NEP 為正，代表生態系為淨碳匯；為負則為淨碳源。
以下以碳通量表示，呼吸通量均指釋放至大氣的碳量。
解題方法：依林分發育階段比較各通量
作答時先將林分分成建造初期、快速生長期及成熟期，逐期比較 GPP、 與 。再由上述公式推得 NPP 與 NEP 的變化。重點不在各通量的絕對數值，而在它們隨林齡變化的相對關係。
| 林分階段 | GPP 與呼吸通量的變化 | NPP 與 NEP 的概況 |
|---|---|---|
| 建造初期 | 幼樹葉面積與生物量少，GPP 偏低；植物生長及維持所需的 也低。枯落物與土壤有機質尚少， 通常低。 | NPP 及 NEP 通常不高；林木建立、地表植被發育後，碳吸收逐漸增加。 |
| 快速生長期 | 葉面積與林木生物量增加，GPP 快速上升。植物體增大使 也上升。枯枝落葉、死根及土壤有機質累積，分解者活動增加， 隨之上升。 | GPP 扣除 後，NPP 通常隨生長增加，達到較高值後趨緩或下降。NEP 為正，且常在林分快速累積碳量的時期較高；隨 增加，NEP 與 GPP 的差距逐漸擴大。 |
| 成熟期 | GPP 通常達到高值後趨穩或下降；林木維持呼吸與根系呼吸仍高， 相對於 GPP 的比例增加。枯落物及土壤有機質的分解使 維持在較高水準。 | NPP 因生長減緩而下降。NEP 通常由高值下降並趨近於零；若分解、死亡或干擾造成釋碳超過吸收，NEP 可為負。 |
整體而言，林齡增加時，自營性呼吸與異營性呼吸的碳通量通常都會增加，並逐漸占 GPP 的較大比例；但兩者高峰出現時間不一定相同。自營性呼吸隨活體生物量增加而提高；
第 4 題25 分
請試述非耐陰性（Shade intolerant）及耐陰性（Shade tolerant）樹種之小苗與稚樹如何偵測其所處之光環境是否受到上層林木遮蔽，並請試述耐陰性樹種小苗與稚樹如何適應林冠下層之光環境。
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核心觀念
本題考查兩件事：樹苗如何感知林冠造成的遮蔭，以及耐陰樹種如何在林下低光環境中維持生存與生長。
林冠遮蔭不只是「光變少」，也會改變光的光譜組成。上層葉片吸收較多紅光與藍光，並反射或透射較多遠紅光，因此林下常呈現：
- 光量下降：光合作用有效輻射（PAR，約 400–700 nm）與光子通量密度降低。
- 光質改變：紅光／遠紅光比值（R:FR）降低，藍光也減少。
植物利用光受器感知這些變化。光敏素（phytochrome）感知紅光與遠紅光比例；隱花色素（cryptochrome）等受器則參與感知藍光。不同耐陰性樹種都能感知光環境，但其生長反應與能否在低光下維持正碳收支不同。
解題方法
依序說明「感知訊號」、「不同耐陰性樹種的典型反應」，再說明「耐陰樹種在林下的適應」。要區分偵測到遮蔭與耐受遮蔭：非耐陰樹種也能偵測遮蔭，只是較難在長期低光下存活。
一、樹苗與稚樹如何偵測上層林木遮蔭
1. 感知光質變化
林冠葉片吸收紅光進行光合作用，使穿透林冠的光中遠紅光比例上升，R:FR 降低。光敏素系統感知到此變化，促使植物調整生長。藍光減少也是林冠遮蔭的訊號之一，可由藍光受器感知。
2. 感知光量變化
林下 PAR 與整體光子通量密度下降，表示可供光合作用的能量減少。樹苗可藉光受器訊號及光合作用碳收支變化，反映環境光量是否不足。
3. 非耐陰性樹種的典型反應
非耐陰樹種常對低 R:FR 產生明顯的避蔭反應：增加莖、節間或葉柄伸長，並改變葉片角度或分枝配置，以爭取較高位置的光線。這種反應可在光量嚴重受限前，先利用光質訊號察覺鄰近植被或上層冠層的存在。
但伸長並不等於能耐受長期遮蔭。非耐陰樹種通常需要較高光量才能維持較佳生長；若林下光量持續不足，碳同化難以彌補呼吸與生長消耗，幼苗便容易生長停滯或死亡。
4. 耐陰性樹種的典型反應