115 高普考高考三級 林業技術 林產學 考古題詳解

核心觀念

本題考查林產工業如何透過「木材產品碳儲存」、「材料替代」、「生命週期評估（LCA）」及產業轉型，協助達成淨零碳排。回答時須區分三種不同效益：木材把生長期間吸收的碳留存在產品中；以木材替代高碳排材料，可避免部分製造排放；林產工業本身則須降低能源、製程與運輸排放。這些效益應分別計算，避免重複計入。

「淨零排放」是指一定期間內，人為溫室氣體排放量經減量後，再以移除量平衡，使淨排放量為零。林產工業的淨零貢獻，不能只看木材產品儲存了多少碳，也須檢視森林資源是否永續、產品使用年限及完整生命週期的排放。

解題方法

可依題目指定的四個面向分段作答：先說明木材產品碳儲存，再說明替代效益；接著以 LCA 串聯原料、製造、使用與末端處理；最後指出我國產業現況下的主要挑戰，並提出對應策略。論述時應交代適用條件：木材須來自永續經營的森林，產品須有一定使用年限，且全生命週期的排放低於被替代產品，才足以形成淨減碳效益。

一、木材產品的碳儲存功能

森林生長時透過光合作用吸收大氣中的二氧化碳，碳的一部分保留在木材中。木材製成建築構材、家具或其他耐久產品後，產品中的碳可在其使用期間繼續被儲存。因此，延長木材產品的使用年限、維修再利用，或將回收木材轉製為其他產品，可延後木材中碳回到大氣的時間。

木材產品碳儲存量可用下式估算：

$$\text{碳儲存量}=\text{木材乾重}\times\text{碳含量率}$$

若要換算為二氧化碳當量，則為：

$$\text{二氧化碳當量}=\text{木材乾重}\times\text{碳含量率}\times\frac{44}{12}$$

其中 $\frac{44}{12}$ 是二氧化碳分子量與碳原子量之比。實際估算須依木種、含水率、產品重量及採用的碳含量資料計算，不能直接以濕木重量套用。

木製品碳儲存不等於永久移除。產品焚化或腐朽時，所含碳可能回到大氣；若木材進入再利用或回收流程，則可延長儲存期間。若採用的原料涉及森林過度砍伐、森林碳庫下降或土地利用變遷，也會削弱甚至抵銷產品儲碳效益。因此應同時考量森林經營、採伐後更新及產品末端處理。

二、木材替代高碳排材料的效益

木材可用於建築結構、室內裝修、家具、包裝及其他產品，替代部分鋼材、水泥、鋁材或塑膠。這些材料的原料取得與製造常需高溫製程或大量能源；在用途、性能與安全要求相當的前提下，以木材替代可減少材料製造階段的排放。

替代效益可概念化表示為：

$$\text{替代減排效益} = \text{被替代材料的生命週期排放} - \text{木材產品的生命週期排放}$$

計算須採相同功能單位，例如相同承載能力、使用年限或包裝功能；若只比較相同重量，容易忽略不同材料的性能與使用量差異。木材產品本身的採伐、乾燥、加工、黏著、運輸、維護及末端處理排放，也須納入比較。

替代效益不是每一項木製品都自動成立。木材須能在功能及耐久性上滿足需求，且來源、生產與運輸排放合理；若產品壽命很短、需頻繁更換，或加工及運輸排放過高，減碳效益就會降低。替代效益也應與木材產品儲碳分開核算，避免把同一份效益重複加總。

三、林產工業生命週期評估（LCA）的應用

LCA 是依一致的功能單位與系統邊界，盤查產品從原料取得至生命終端各階段的資源使用與環境衝擊。林產產品常見的評估階段包括：

核心觀念

木材鑑別是根據木材的宏觀外觀、細胞構造、化學組成或遺傳訊息，判定木材的分類身分，並在適當條件下推估其地理來源或供應鏈關係。鑑別結果可達到的層級不同：肉眼或解剖特徵常能判至科、屬或一組相近樹種；DNA 條碼可判定物種；族群遺傳、化學或穩定同位素資料則可協助比對產地或來源族群。

本題的重點是比較傳統木材解剖鑑別與近紅外光譜、DNA 等現代方法，並說明各自能回答什麼問題，以及在非法伐採管制與木材貿易查核中的用途。木材鑑別通常須搭配標準標本、圖譜或經驗證的資料庫；單一特徵或單一檢測結果，不宜直接等同於完整的產地與合法性判定。

法規與管理原則以命題年度民國 115 年為準。相關管理框架包括《森林法》、我國履行《瀕臨絕種野生動植物國際貿易公約》（CITES）所涉及的管理規範，以及木材進出口、產地與合法來源查核制度。鑑別可協助辨認受管制物種、核對申報資料與追查供應鏈，但木材鑑別本身不能單獨證明伐採行為是否合法。

解題方法

可依「傳統外觀與解剖 → 現代光譜與遺傳 → 執法貿易應用 → 優缺點評估」作答。比較各法時，抓住三個問題：觀察或檢測的訊號是什麼、可判定到什麼程度、實務上受哪些條件限制。

一、肉眼與宏觀鑑別

先觀察木材三個切面：

• 橫切面：觀察年輪、早晚材、導管、軸向薄壁組織與木射線的分布。
• 徑切面：觀察射線長度、木紋、材面紋理及射線在縱向的表現。
• 弦切面：觀察射線的寬窄、長短與排列，以及木材紋理。

肉眼鑑別另可記錄材色、氣味、光澤、重量感、硬度、紋理與心材、邊材的差異。木材尺寸足夠、切面清晰時，宏觀鑑別速度快，適合市場初篩、現場檢查及大型木材辨識；但材色和氣味會受乾燥、氧化、塗裝、加工及保存狀況影響，因此通常只能提供初步判斷。

二、顯微鏡與解剖特徵判讀

顯微鑑別依木材細胞及組織特徵判讀，通常製作橫切、徑切、弦切三個方向的切片，對照木材解剖圖譜或標準標本。常見觀察項目包括：

• 導管排列與分布：先判斷闊葉樹材的導管是否依年輪分布，例如環孔材、散孔材或半環孔材；再觀察導管直徑、數量、單管或複管排列，以及是否具侵填體等特徵。
• 軸向薄壁組織：判讀其傍管或離管分布型態、帶狀排列及與射線的關係。
• 木射線寬度與組成：記錄射線為單列或多列、寬度、頻率、組成細胞及高度。射線寬度是分類線索之一，須與其他特徵合併判斷。
• 其他特徵：包括管胞、木纖維、穿孔板、紋孔、樹脂道、木材內含物及心材物質等。

顯微解剖法的優點是依據穩定的細胞構造，對加工或外觀相似的木材仍具辨識力；限制是需要取樣、切片與專業判讀，部分近緣樹種的構造差異很小，且解剖特徵常不足以單獨確定物種或地理產地。

三、近紅外光譜（NIR／NIRS）

近紅外光照射木材後，木材中的化學鍵與組成會產生特定吸收訊號，形成光譜。原始光譜需經校正、前處理及多變量統計模型分析，再與已知樹種或來源的參考資料比對，判斷樣本是否符合特定分類或來源群。

其優點是檢測快速、通常只需少量樣本，部分儀器可攜至現場，且可在不破壞或少量破壞樣品的情況下大量篩查。限制是光譜結果高度依賴參考樣本涵蓋範圍與模型驗證；含水率、木材表面、加工狀態、樹種內部變異和儀器差異都可能影響判定。NIRS 的分類能力不是固定不變的，須依研究問題及資料庫驗證，不能把某次模型的分類效果直接推廣至未涵蓋的樹種或產地。

四、DNA 鑑別

核心觀念

本題考查木材由原木轉化為可用材的完整加工概念：控制含水率、依用途選擇鋸解方式、預防乾燥與加工缺陷，並透過工程木材提高材料利用效率與性能。作答時應把加工步驟和其對尺寸穩定性、強度、外觀及出材率的影響連結起來。

木材含水率以絕乾材重量為基準：

$$含水率（\%）=\frac{含水材重量-絕乾材重量}{絕乾材重量}\times100$$

木材乾燥時，自由水先由細胞腔移出；含水率降至纖維飽和點以下後，細胞壁中的結合水減少，木材開始收縮。木材收縮具有方向性：通常弦向收縮大於徑向，徑向又大於縱向，因此不同方向的收縮差異會造成翹曲、裂紋等缺陷。

解題方法：依加工流程作答

可依「乾燥 → 鋸解與加工 → 缺陷控制 → 工程木材」排列，逐段說明製程原理、優缺點及對利用效率的影響。這樣能兼顧題目要求的技術種類與品質控制，也能清楚呈現各製程如何影響材料性能。

一、木材乾燥：天然乾燥與人工乾燥

天然乾燥

天然乾燥是將鋸材堆疊於通風、遮雨的場所，利用環境空氣的溫度、相對濕度與氣流帶走木材中的水分。堆疊時應使用厚度一致的墊條，讓氣流均勻通過，並加壓或妥善固定材堆，減少變形。

優點是設備簡單、能源消耗低、成本較低，適合大量粗乾或作為窯乾前的預乾。限制是乾燥速度受氣候與季節影響，終含水率較難精確控制，乾燥時間較長；若通風或堆疊不良，也容易出現霉變、變色及含水率不均。

人工乾燥

人工乾燥以乾燥窯等設備控制溫度、相對濕度、氣流與乾燥時間，使木材按預定乾燥程序脫水。乾燥程序須配合樹種、材厚、初始含水率及用途，並在適當階段調整乾球與濕球條件，避免表層乾得過快而累積過大內應力。

人工乾燥速度較快，可將含水率控制至符合加工、組裝或使用環境的目標值，並降低生物性劣化風險；代價是設備及能源成本較高。若程序過急或控制不當，仍會產生表裂、內裂、乾燥應力、塌陷或變色。天然乾燥與窯乾也可搭配使用：先天然預乾，再以窯乾達到目標含水率，兼顧能源與品質。

乾燥的目的不只是減重，更在於降低木材日後因環境濕度變化而產生的尺寸變化，並改善加工、膠合、塗裝及使用性能。木材在使用環境中仍會吸放濕，因此製材與安裝時的含水率應盡量接近預定使用環境的平衡含水率。

二、鋸解方式及其對材質的影響

鋸解方式會影響木紋外觀、尺寸穩定性、鋸材出材率與成本。

• 弦切（平切）：鋸切面大致與年輪相切，常見山形或弧形木紋，鋸解方便、出材率通常較高，適合一般板材。但板面較容易受弦向較大收縮影響，乾燥時較易瓦翹，表面裂紋風險也較高。
• 徑切（四分切）：鋸切面較接近木材半徑方向，木紋較直，尺寸穩定性通常較佳，也較不易杯狀翹曲；部分樹種可顯現醒目的木射線紋理。缺點是鋸解程序較繁、成本較高，且出材率常低於弦切。
• 旋切與刨切薄片：將原木旋切或刨切成薄片，用於合板、單板積層材等產品。薄片可以組合使用，擴大原木利用範圍，也能降低單一缺陷對整體產品的影響。

鋸解方式並非單純決定強度高低，而是改變木材各向異性在板材中的表現。選材時須同時考量使用部位、尺寸穩定性、外觀要求、加工成本及原木利用率。

核心觀念

本題考查木材化學加工的三個層次：纖維分離製漿、木材性能改質，以及木質生質材料製造。作答時須交代各技術如何改變木材或木質纖維的組成與結構、因此產生何種性能，再連結到產品用途、環境影響與產業價值。

木材主要由纖維素、半纖維素與木質素組成。製漿的核心是將木材分離成纖維；機械漿以機械力為主，化學漿以藥劑溶解除去木質素為主。木材改質則透過熱或化學反應改變木材的吸濕性、尺寸穩定性、耐腐朽性或表面性能。木質生質材料則將木材、製漿副產物及林業剩餘資材轉為燃料、塑膠替代品與其他材料。

解題方法

依「原料與原理 → 性能變化 → 應用 → 環境及產業意義」逐項說明，並在製漿部分比較機械漿與化學漿的纖維得率、紙張性能、能耗及污染負荷。最後以循環經濟統整：提高木質原料利用率、利用副產物、減少化石資源依賴，並兼顧製程能源、化學品回收與排放控制。

一、製漿技術：機械漿與化學漿

製漿是將木材中的纖維分離，製成供造紙或纖維材料使用的紙漿。木材先經削片、蒸煮或磨解等處理，使纖維束分離；後續可漂白、洗滌與篩選，以調整紙漿潔淨度及光學性質。

機械漿

機械漿以磨石磨解或精磨設備施加機械力，使木片中的纖維分離。其主要特徵如下：

• 纖維得率高：木質素及大部分木材成分留在紙漿中，原料利用率高。
• 紙張不透明度及松厚度較佳：常用於新聞紙、雜誌紙及部分紙板。
• 強度與耐久性較低：木質素未充分去除，紙張容易隨時間黃化，纖維也較易受損。
• 能源需求較高：磨解需消耗大量電力；木質素保留也使紙張老化問題較明顯。

機械漿包含磨石機械漿及熱磨機械漿等類型。熱磨機械漿先以蒸汽軟化木片，再進行精磨，可改善纖維分離狀況及紙漿品質。

化學漿

化學漿以化學藥劑處理木片，使木質素降解、溶出，促進纖維彼此分離。常見製程包括硫酸鹽製漿法及亞硫酸鹽製漿法；工業上硫酸鹽製漿法應用廣泛，適用於多種木材原料。

• 紙漿得率較低：木質素及部分半纖維素在蒸煮過程中溶出。
• 纖維強度較佳：纖維較完整，適合製作包裝紙、紙袋、紙板與其他強度要求較高的紙品。
• 可進一步漂白：去除殘餘木質素後，可製成較高白度紙漿。
• 需管理化學品與廢液：蒸煮藥液須回收與再生，廢水及臭氣須妥善處理，以控制污染。

兩者比較

比較項目	機械漿	化學漿
纖維分離方式	機械磨解為主	化學溶解除去木質素為主
纖維得率	高	較低
纖維及紙張強度	較低	較高
木質素含量	高	低
常見用途	新聞紙、印刷紙、部分紙板	包裝紙、紙袋、強度要求較高的紙品
主要環境課題	磨解電力消耗、紙張黃化與壽命	蒸煮廢液、化學品回收及製程排放

實務上也可將化學漿與機械漿混合，利用化學漿補足強度、機械漿提高得率及不透明度，以符合紙種需求。

二、木材改質：機制與效果

木材改質是改變木材的化學組成或細胞壁性質，以提升使用性能。常見目標包括降低吸水與吸濕、改善尺寸穩定性、提高耐腐朽性，或賦予阻燃及表面功能。

熱處理

熱處理是在控制氧氣、水分及溫度的條件下加熱木材。加熱會使部分半纖維素降解，降低木材可吸附水分的親水性基團；細胞壁組成及結構隨之改變，木材吸濕性下降，尺寸穩定性與抗腐朽性提升。

熱處理木材可用於戶外建材、地板、外牆及園藝產品。其優點是可減少化學防腐劑使用；限制則包括處理可能使木材變脆、機械強度下降，且高溫處理需要能源。

化學改質

化學改質依反應方式可概分為下列類型：

• 乙醯化：將乙醯基引入木材細胞壁，降低親水性位置對水分的吸附，提升尺寸穩定性與耐腐朽性。
• 樹脂浸漬或聚合物填充：使樹脂進入細胞腔或細胞壁，提升硬度、尺寸穩定性與表面耐久性。