109 專技高考高等考試 林業技師 森林生態學（包括森林資源保育） 考古題詳解

核心觀念

本題考查光作為森林生態系中的限制因子，如何透過林木間的競爭影響單株生長與形態發育，以及影響林分組成、結構與森林演替。林木競爭的結果取決於樹種的耐陰性、樹冠位置、林分密度及林冠開闊程度。

林木利用光能進行光合作用，光照不足會限制碳同化與生長。林木間的陽光競爭，主要表現為樹冠對光線的截取與遮蔽；植株高生長較快或樹冠較具競爭力者，通常較能取得上層光照。

解題方法

依題目分成兩層回答：

1. 林木個體發育：說明光競爭如何改變樹木的生長量、樹形、枝葉配置及存活。
2. 森林建造：說明光競爭如何影響林分的垂直結構、樹種組成、天然更新與演替。

回答時應指出，耐陰性不同的樹種在同一林分中，對林冠遮蔽的反應不同；因此陽光競爭不只決定單株大小，也會篩選林分中的樹種與世代。

林木間陽光競爭對個體發育的影響

• 生長量與生長方向：光照較充足的林木，通常能維持較高的光合作用與生長量。受遮蔽的幼樹與林下木則生長較慢，尤其高生長及枝葉發育受到限制。幼樹在冠層上方或林窗中取得光線後，生長常會加快。
• 樹高與樹冠形態：林木為爭取上層光線，常將生長資源集中於向上生長；被壓木則容易形成較狹小、發育不良的樹冠。上層木樹冠受光較多，冠幅與枝葉分布也較能維持。
• 枝條與葉片配置：林冠受光面與陰影面的光環境不同，枝葉會依可利用光線調整其分布。處於林下的個體，其枝葉與樹冠發育受到周圍樹木遮蔽，枝條存活與擴展因而受限。
• 存活與競爭地位：長期處於遮蔽下的個體，若無法取得足夠光線，會逐漸衰弱，甚至死亡；

核心觀念

「散布型」是指同一物種個體在一定空間範圍內彼此的位置關係。森林植物常見三種基本散布型：

散布型是尺度相依的：同一植物在小尺度可呈聚集，在較大尺度可能近似隨機或均勻。因此判讀時須交代樣區大小、形狀及調查範圍。

造成散布型的環境及生物因子

環境因子包括地形、坡向、海拔、土壤水分與養分、光照、排水、擾動與林冠孔隙等。環境條件若呈斑塊狀，植物便常集中在適生地點，形成聚集散布；環境均質且個體間影響弱時，較可能呈隨機散布。

生物因子可分為繁殖散布與個體互動。種子或果實落在母株附近、無性繁殖形成叢生，會增加聚集；風力、水流或動物傳播若使繁殖體廣泛散布，則可能使分布較分散。個體間競爭光、水分與養分，或化感作用，會造成間隔較均勻；庇護、授粉、菌根共生及動物傳播等作用，則可能使個體在特定位置聚集。

解題方法：以樣區計數檢定散布型

最常用的入門方法是變異數／平均數比（variance-to-mean ratio）。在調查區內以相同大小的樣區系統或隨機取樣，記錄每個樣區的個體數 $x_i$，共取 $n$ 個樣區，計算：

再求離散指數：

其判讀原則為：

核心觀念

本題考查森林生態系碳同化與植物生產力的定義，以及環境條件如何影響光合作用、植物呼吸與生物量累積。作答時要分清楚：總初級生產力（GPP）是植物光合作用固定的總碳量；淨初級生產力（NPP）則是扣除植物自身呼吸後，供生長與繁殖使用的淨碳量。

以單位面積、單位時間表示時：

其中 $R_a$ 為植物自營呼吸（autotrophic respiration），包括維持呼吸與生長呼吸。常用碳通量單位為 $\mathrm{g\,C\,m^{-2}\,yr^{-1}}$，也可用有機物質或乾物質的面積時間單位表示。

NPP反映植物新增的有機物質生產量，包括枝葉、木質部、根系、繁殖器官等的生產，以及植物周轉後形成的凋落物。NPP不是森林生態系最終儲存的全部碳；若要計算扣除植物、動物及分解者呼吸後的淨生態系碳吸收，則須考慮淨生態系生產力（NEP），不能與NPP混為一談。

解題方法

先由定義建立碳收支關係，再分別說明環境因子對GPP與NPP的作用：

1. GPP的控制：看環境如何改變冠層吸收光能、葉片光合作用效率及生長季長度。
2. NPP的控制：除了GPP，也要看植物呼吸消耗多少碳，以及水分、養分等如何影響碳分配與組織生長。
3. 比較兩者：同一環境因子可能同時提高GPP與呼吸，因此NPP的變化不必與GPP相同。

影響GPP與NPP的重要環境因子

一、光照與輻射

太陽輻射提供光合作用所需能量，特別是光合有效輻射（PAR）。輻射量增加通常會提高GPP，但葉片光合作用有光飽和現象，並非光越強、同化量就無限增加。冠層結構、葉面積指數、葉片角度與林分密度，會影響光在冠層中的截留及分布。

林冠上層葉片受光充足，下層葉片常受遮蔭；適度的冠層分層可增加整體截光，但過度鬱閉會使林下葉片光照不足。NPP則進一步取決於增加的光合作用碳，是否足以抵銷植物呼吸與其他生長成本。

二、溫度

溫度影響光合作用酵素活性、葉片氣孔反應、呼吸速率及生長季長度。在適宜溫度範圍內，溫度上升通常可促進光合作用與生長；低溫會限制酵素反應、縮短生長季，高溫則可能造成光合作用下降、氣孔關閉及熱傷害。

植物呼吸通常也會隨溫度上升而增加。因此，升溫可能使GPP增加，也可能使呼吸消耗同步增加；判斷NPP變化時，須比較兩者的變化，而不能只看光合作用。

三、水分與土壤水分

核心觀念

重要值指數（importance value index, IVI）用來綜合表示某一植物種類在森林植物社會中的相對優勢程度。它不是單一的株數指標，而是把物種的數量、出現分布及所占空間合併評估。

森林植物社會調查常用的三項相對量為：

• 相對密度（relative density, RD）：某物種株數占全部物種株數的百分比。
• 相對頻度（relative frequency, RF）：某物種出現於調查樣區的頻度，占所有物種頻度總和的百分比。
• 相對優勢度（relative dominance, RDo）：某物種優勢度占全部物種優勢度總和的百分比。喬木調查常以胸高斷面積代表優勢度。

解題方法與算法

先依調查資料計算各物種的密度、頻度及優勢度，再將每一項換算為相對值，最後加總。

設物種 $i$ 的株數為 $n_i$，所有物種株數總和為 $\sum n_i$，則：

若物種 $i$ 出現於 $q_i$ 個樣區，則其頻度為 $q_i$；所有物種頻度總和為 $\sum q_j$，因此：