110 公務人員升官等薦任 林業技術 森林生態學（包括保育） 考古題詳解

核心觀念

臺灣森林植物分布受海拔所造成的溫度梯度與水分條件共同控制。海拔升高，氣溫大致下降，生長季縮短，植群通常由低海拔暖熱的常綠闊葉林，逐漸轉為中海拔的闊葉林、針闊葉混淆林，再轉為高海拔針葉林與森林界線以上的灌叢、草生地。

水分條件則受降雨量與季節分配、迎風背風坡、坡向、地形位置及雲霧影響。同一海拔的森林，可能因東西部氣候差異或溪谷、稜脊等微地形，而呈現不同樹種組成。因此，垂直林帶是概括性的分布型態，界線會隨緯度、坡向及水分條件變動。

解題方法

作答時以「由低而高說明植群帶，再補充水分如何改變同一海拔的植群」為主軸。林帶名稱與海拔範圍採臺灣中部山地常用概略值；不同分類系統的界線略有差異，宜以植群特徵和環境梯度一併說明。

海拔與水分下的植群分布

核心觀念

森林生態系統碳儲存量，是指在特定時間與空間範圍內，森林生態系各碳庫中所含碳元素的總量，通常以每公頃碳量（t C/ha）或森林總碳量（t C）表示。它是某一時點的「存量」；兩個時點碳儲存量的差，才是該期間的碳儲存變化量。森林每年吸收多少二氧化碳，則屬於碳吸存量或碳通量，兩者不可混為一談。

依森林碳盤查常用架構，碳庫可分為五類：

1. 地上部生物量：活立木幹、枝、葉，以及納入調查範圍的林下植被。
2. 地下部生物量：活樹根系。
3. 枯死木：倒木、枯立木及其他符合調查定義的粗木質殘體。
4. 枯落物：地表及土壤表層中，尚未併入土壤有機質的落葉、細枝等有機物。
5. 土壤有機碳：指定土層深度內的土壤有機碳。

因此，森林生態系統碳儲存量可表示為：

其中 AGB 為地上部生物量碳，BGB 為地下部生物量碳，DW 為枯死木碳。各碳庫的範圍、土層深度及枯木界定標準須事先訂定，並在不同調查時點保持一致。

解題方法：建立樣區、分碳庫估算，再加總

本題的作答重點，是說明「量哪些碳庫」以及「如何把各碳庫換算成碳量」。實務上先界定森林面積、林型或分層單位與調查標準，再設置具代表性的樣區，逐一調查各碳庫。若要估算整片森林，應依林型、林齡、坡位等條件分層抽樣，再將樣區結果推估至各分層面積。

一、活立木與林下植被

在樣區內量測每株樹的樹種、胸高直徑、樹高等林木因子；將量測值代入適用於該樹種或林型的材積式、相對生長式或異速生長方程式，估算單木生物量，再加總為樣區生物量。

若採生物量擴展係數法，可由材積推估地上部生物量：

其中 $V$ 為林木材積，$\rho$ 為木材基本密度，$BEF$ 為將幹材生物量擴展至枝葉等地上部生物量的係數。實際調查應採用適合當地樹種與林分的係數或方程式。

地下部生物量可用根系方程式估算，或依地上部生物量與根冠比推估：

其中 $R$ 為根冠比。根冠比須配合樹種、林分及適用方法選定。

生物量換算為碳量時，乘以生物量碳含量係數：

其中 $CF$ 為碳含量係數。若採直接量測，則可取樣烘乾後測定乾物質量，並以元素分析測得碳含量；若採係數換算，應清楚交代係數來源與適用範圍。

二、枯死木與枯落物

核心觀念

本題考查人工林分的競爭方式、密度制約死亡與林分密度管理。作答時應先說明對稱與非對稱競爭的差別，再說明自我疏伐，最後比較初植密度及林木生長差異如何改變競爭與死亡。

• 對稱競爭（symmetric competition）：林木對有限資源的競爭大致依個體大小或資源需求比例分配。個體大小不同時，受競爭影響的程度相對平均；例如地下水分、養分或土壤空間的競爭，常較接近對稱競爭。其結果通常是各木生長受到較均勻的抑制。
• 非對稱競爭（asymmetric competition）：較大的林木能取得超出其體型比例的資源，因而壓制較小林木。最典型的是對光的競爭：較高或樹冠較大的林木可遮蔽下層林木，取得較多光照，使大小木間的生長差距擴大。
• 自我疏伐（self-thinning）：林分密度高且林木持續生長時，林木間的競爭逐漸加劇，部分林木因資源不足死亡，導致林分株數隨平均個體大小增加而下降。此現象常見於同齡、密植林分。

自我疏伐關係可用平均單株重量與林分密度概念表示；在特定條件下，兩者的對數關係常以約 $-3/2$ 的斜率描述：

其中 $\bar{w}$ 為平均單株重量，$N$ 為單位面積林木株數，$a$ 為與樹種及林分條件有關的常數。這是描述特定林分條件下密度與個體大小關係的經驗法則，並非所有林分都固定遵循的普遍定律。

解題方法

本題可依「競爭如何分配資源 → 競爭造成何種死亡 → 密度與個體大小差異如何改變過程」作答。

第一步，指出兩種競爭的判別依據是資源分配是否與個體大小成比例。若大木取得的資源約與其大小相稱，偏向對稱競爭；若大木取得的資源遠超過比例，能壓制小木，則偏向非對稱競爭。

第二步，交代自我疏伐是林分生長過程中的密度制約死亡。林木生長會使林冠與根系占用空間增加，單位面積可供利用的光、水分與養分有限，林木因而競爭；競爭弱勢木死亡後，林分株數降低，存活木平均大小則增加。

第三步，分別比較初植密度與林木生長差異：

• 初植密度高：林木較早相互接觸、冠層較早鬱閉，競爭較早增強，因此自我疏伐通常較早發生，密度制約死亡也較明顯。單株生長空間較小，平均單株材積通常較低。
• 初植密度低：林木有較大生長空間，競爭與冠層鬱閉較晚，較少因密度過高而發生自我疏伐；

核心觀念

本題考查森林水文、森林氣候帶、通量觀測與森林碳循環等基本名詞。作答時應先界定名詞，再補充其形成條件、作用或觀測方式，並把容易混淆的概念加以區別。

解題方法

（一）雲霧林（Cloud forest）

雲霧林是分布於熱帶或亞熱帶山地、經常受雲霧籠罩的森林。其主要特徵是空氣濕度高、雲霧出現頻繁，林木與附生植物可直接截留雲霧中的水滴，將其轉為林地水分，稱為雲霧截留或水平降水。雲霧林常有苔蘚、地衣、蕨類及附生植物繁盛等現象。

判別重點是：雲霧林的水分來源除了降雨，也包含植被截留的雲霧水；它不是單以高海拔或年雨量多寡定義。

（二）穿落水與幹流水（Throughfall and stemflow）

降水到達森林冠層後，部分水分被枝葉截留並蒸發，未被截留的部分則以不同路徑抵達林地：

• 穿落水（throughfall）：降雨穿過冠層空隙，或沿枝葉滴落至林地的水。
• 幹流水（stemflow）：降雨被枝葉與枝條截留後，沿枝條及樹幹表面流向樹基周圍的水。

森林林內降雨通常可概念化為穿落水與幹流水之和；冠層截留損失則使林內降水小於林外降水。實際測量時，可用雨量筒收集穿落水、以集水槽或導流裝置收集幹流水，再比較林外降雨量與林內各水流分量。

（三）通量塔（Flux tower）

通量塔是設置於森林或其他生態系上方的觀測設施，用來連續測量生態系與大氣之間物質及能量交換。塔上常配置三維超音波風速計與快速反應氣體分析儀，利用渦度相關法（eddy covariance）計算垂直風速與氣體濃度波動的協方差，以估算二氧化碳、水氣及熱量通量。

森林碳交換常以淨生態系二氧化碳交換量（NEE）表示。其正負號慣例須依研究採用的定義判讀；通量塔資料可用來推估森林的淨碳吸收或釋放，以及蒸散與能量交換。塔的觀測代表一定範圍的上風向地表，並非單一樹木的測量結果。