112 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

本題考查臺灣植物多樣性形成的生物地理與森林生態學原理。植物種類豐富度受到地史、生物遷移、地形所形成的生育地差異，以及氣候與生態演替等因素共同影響；作答時應說明各因素如何增加物種來源、促成物種分化，或提供多樣的棲地。

解題方法

可依「地史與區位 → 地形與氣候 → 棲地分化與物種累積」的脈絡作答：

1. 說明臺灣在地質歷史與東亞地理位置上的特殊性，如何帶來不同來源的植物。
2. 說明高山、丘陵、平原及不同坡向等地形差異，如何造成垂直與水平的環境梯度。
3. 說明季風、降雨、溫度及海拔差異如何形成不同氣候帶與森林型。
4. 補充隔離、演化與棲地異質性如何促進特有種形成及物種共存。

臺灣植物組成豐富的原因

一、地質歷史與植物遷移來源多元

臺灣位於歐亞大陸與菲律賓海板塊交界，經歷造山、地殼抬升與海陸變遷，地質歷史複雜。臺灣島的形成與隆起，使植物在不同時期得以移入、定居和演化；地質變遷也不斷創造新的生育地。

臺灣位於東亞島弧與西太平洋交會位置，鄰近中國大陸、日本、琉球及菲律賓等地，植物區系具有多方交流的條件。不同來源的植物遷入後，與臺灣原有植物共同構成豐富的植物組成。

二、地理位置與島嶼隔離促進物種分化

臺灣雖與大陸相近，仍具有島嶼隔離的特性。隔離會限制部分植物族群間的基因交流；在長期演化下，族群可逐漸分化，形成特有種或特有變種。島嶼環境也使外來植物與原生植物在有限空間中共存，增加植物區系的獨特性。

三、地形起伏大，生育地異質性高

臺灣面積不大，但中央山脈高聳，並具有山地、丘陵、台地、平原、溪谷及海岸等多樣地形。海拔變化造成明顯的垂直環境梯度；坡向、坡度、地形位置與地表物質也會影響日照、溫度、水分及土壤條件。

核心觀念

植群分析是以一致且可重複的方法，調查特定區域植物社會的組成與結構，進而描述植群的特性、比較不同植群，並推論其與環境及干擾因子的關係。分析對象不只包括有哪些植物，也包括各物種的數量、優勢程度、分布方式，以及林木在不同大小級或垂直層次中的結構。

植群分析常記錄的項目包括物種組成、株數或密度、頻度、覆蓋度或胸高斷面積等。依研究目的，可進一步計算相對密度、相對頻度、相對優勢度及重要值，以比較各物種在植物社會中的相對地位。植群資料也可按物種組成與相似性分類，辨識不同植群型或植物社會。

解題方法與目的

本題是申論題，應先交代植群分析如何把植物社會轉成可描述、比較的資料，再依「描述現況、解釋形成、應用管理」三個層次說明目的與重要性。

1. 描述植物社會的組成與結構 透過樣區調查，整理物種種類、株數、頻度、覆蓋度或優勢度，並記錄林木大小級與垂直分層。這些資料可呈現植物社會的物種多樣性、優勢種、林分結構及更新情形，作為描述植群現況的基礎。

2. 辨識與比較植群類型 比較不同樣區的物種組成及各物種的重要程度，可將相似的樣區歸為同一植群型，並辨認其優勢種或指標種。跨地點、海拔、坡向或時間的比較，則可呈現植群的空間差異與變化趨勢。

3. 分析植群與環境因子的關係 將植群資料與海拔、坡度、坡向、土壤、水分、光照及氣候等環境資料對照，可分析物種分布及植群組成與環境梯度的關係，協助理解物種的生育地需

核心觀念

物種多樣性會隨觀察尺度改變。$\alpha$ 多樣性描述單一樣區或群聚內的物種多樣性；$\beta$ 多樣性描述不同樣區或群聚之間的物種組成差異，反映物種替換或組成變動。若以區域尺度計算所有樣區的物種總數，則為 $\gamma$ 多樣性。

計算多樣性時，須先界定樣區與取樣尺度。群聚內的物種多樣性可用物種數、相對豐度及均勻度衡量；群聚間的差異則可用多樣性分解式或群聚間相異度指數衡量。

解題方法與公式

一、$\alpha$ 多樣性：群聚內的多樣性

$\alpha$ 多樣性是某一樣區、棲地或局部群聚內的物種多樣性。若各樣區面積與取樣方法一致，可比較其物種豐富度；若要同時納入物種相對豐度，則使用 Shannon 或 Simpson 指數。

令樣區中共有 $S$ 種，$n_i$ 為第 $i$ 種的個體數，$N=\sum_{i=1}^{S}n_i$，相對豐度為 $p_i=n_i/N$。

1. 物種豐富度（species richness）

$S=\text{樣區內記錄到的物種數}$

只計物種數，不納入各物種的個體數差異。樣本數或取樣面積不同時，物種數不宜直接比較，須先統一取樣努力或進行適當的標準化。

2. Shannon 多樣性指數

$H'=-\sum_{i=1}^{S}p_i\ln p_i$

同時考量物種數與相對豐度；物種愈多、個體分布愈均勻時，$H'$ 通常愈大。

3. Simpson 指數

$D=\sum_{i=1}^{S}p_i^2$

$D$ 可解釋為隨機抽取兩個個體，兩者屬於同一物種的機率。常見的多樣性表達方式為：

$1-D$

或倒數形式：

$\frac{1}{D}$

$D$ 愈大代表優勢集中程度愈高；$1-D$ 與 $1/D$ 則是數值愈大表示多樣性愈高。

4. Pielou 均勻度指數

$J'=\frac{H'}{\ln S}$

衡量各物種個體數分布的均勻程度，取值介於 $0$ 與 $1$ 之間；越接近 $1$ 代表物種間越均勻。$S=1$ 時 $\ln S=0$，此指數不適用。

二、$\beta$ 多樣性：群聚間的差異

$\beta$ 多樣性描述不同樣區或群聚間的物種組成差異。若不同樣區的物種名單或相對豐度不同，$\beta$ 多樣性便會增加。常見量測方式如下。

1. Whittaker $\beta$ 多樣性

對 $m$ 個樣區，令 $\gamma$ 為所有樣區合併後的物種總數，$\bar{\alpha}$ 為各樣區物種數的平均值。常用的 Whittaker 公式為：

$\beta_W=\frac{\gamma}{\bar{\alpha}}-1$

此式表示區域物種豐富度相對於平均樣區物種豐富度的增加量。部分教材採乘法形式：

$\beta_{\mathrm{mult}}=\frac{\gamma}{\bar{\alpha}}$

核心觀念

取樣（sampling）是從研究母體中，依照一定的抽樣設計抽取部分調查單位，據以蒐集資料並推估母體特徵的過程。森林生態調查的母體可能是某一森林區域內的全部植群、土壤、動物或其他研究對象；樣本則是實際被調查的樣區、樣木或樣本個體。

取樣的目的，是在有限的時間、人力、經費與設備條件下，取得足以描述或推論母體的資料。取樣設計需配合研究問題、母體特性及調查對象，並盡可能使樣本具有代表性。

解題方法

本題分別回答「為何要取樣」與「取樣有何優點」：

1. 目的著重於調查與推論：以部分樣本估計母體的組成、數量、分布或其他生態特徵，並提供比較、監測或管理所需的資料。
2. 優點著重於調查效率與可行性：說明取樣如何降低全面調查所需的成本與工作量，並提升調查的操作性。

取樣結果能否適當代表母體，取決於抽樣方法、樣本數、樣本配置及調查程序；取樣本身不會自動保證代表性。

取樣的目的

• 估計母體特徵：例如估計森林中樹種組成、株數、胸高斷面積、蓄積量、更新情形、土壤性質或物種出現頻度。
• 了解空間分布與生態差異：比較不同林型、海拔、坡向、林齡或處理方式下的生態特徵。