文‧圖 / 林務局　蕭祺暉

一、前言

　　森林為臺灣最重要的生態系，依第四次臺灣森林資源及土地利用調查資料，臺灣全島森林覆蓋度超過 60% ，而其中超過 76% 為國有林地。而在國有林地中，約三分之一為人工造林地，人工林生態系實為全臺灣最大也是最重要的生態系。傳統上，人工林的經營係以生產木材為目標，為達木材的最大生產，乃採取高栽植密度，期望冠層早期鬱閉，減少除草及切蔓的工作量、充分利用林地資源。但在生長空間受限制下，主伐木的直徑生長受影響且冠層下植群的種類及生長受抑制。為符合現今人工林永續發展－生態系經營之理念，有必要對現存之人工林實施疏伐作業，以改善林木生長及形質，促進林分健康度，提高林分植群種類，增加人工林結構之異質度和生物多樣性，達到生態系經營之目的。

二、疏伐區監測概述

　　為瞭解人工林疏伐效益，林務局分別於民國 90 年及 94 年在新竹及南投林區管理處國有林人工造林地疏伐後提供各領域專家進行長期研究，如林分生長及結構、枯枝落葉分解、土壤理化性質、林地沖蝕、生物多樣性、二氧化碳貯存量等影響。藉由監測經營活動的結果，來修正或改進未來的經營策略，期提供臺灣 42 萬公頃人工林達成不同經營目標之參據，以確保自然資源經營能永續發展達到可期望的效益。

試驗林分一：

　　林務局於 90 年 10 月於新竹林管處竹東事業區 29 及 34 林班造林地進行疏伐，由臺灣大學森林系郭幸榮教授召集 6 位教授參與調查研究，該林分係於 63 年柳杉小比例的臺灣杉及香杉人工林，面積 28.18ha ，海拔高為 1,900～2,100m ，坡面西北向，坡地在 20° 至 30°之間。土壤質地為壤土或坋壤土，年均溫約 17 ℃，年降雨量約 2,200mm，有乾雨季之別。林分在疏伐前的密度在 1,500～2,300 株／ha 之間，樹高為 15 ～ 16m ，冠層開闊度在 20 ％左右，下層枝條已因陽光入射量不足而逐漸向上枯萎脫落，冠層林木的高度已明顯分層，被壓木枯死，地表植群稀少、柔弱，林況已達應予疏伐之發育階段。疏伐強度區分為強、中、弱及未疏伐 4 種處理，留存株數每公頃分別為 500 、700 、900 及 1,500 株，疏伐方式為單株下層疏伐。

試驗林分二：

　　為了解疏伐對人工林生態系的影響，行政院國家科學委員會結合農委會、大學研究團隊，在林務局巒大事業區第 74 、75 、76 林班，實施柳杉人工林疏伐實驗，結合林業試驗所、國科會、東海大學、台灣大學、台南大學、屏科大及亞熱帶生物研究中心組成的研究團隊，由林試所副所長林國銓博士擔任研究團隊召集人，計有 20 位學者參與，設置一長期森林動態研究樣區，對 34 年生柳杉人工林進行疏伐作業，並從多元的角度進行監測分析，藉以探討短、長期不同經營疏伐作業強度與方式，對造林木、其他有機體及水、土等無機體間的互動與生態反應。該處林相整齊，面積約 78 公頃，樹高約 20 公尺，區域平均海拔約 1,300 公尺。十二個試驗樣區依照疏伐程度分別設置對照組（0%）、25% 疏伐及 50% 疏伐等三個處理，已於 96 年 7 月間開始進行不同強度的疏伐作業，並於 96 年 10 月間完成全部的疏伐工作，至今仍持續觀測調查。

三、疏伐效益分析

（一）竹東事業區 29 及 34 林班

1. 疏伐處理後的當年度資料分析
   　　人工疏伐所導致的枯枝落葉量遠大於自然枯枝的掉落。人工砍伐的新鮮枝葉在初期的分解速率可能高於老化自然掉落的枯枝葉，而且能供給土壤養份的量亦較高。疏伐作業對樹冠層產生疏開的作用，以及對林地產生不同程度的干擾，在輕度疏伐地共紀錄到鳥類 5 科 6 種 22 隻、中度疏伐 7 科 15 種 53 隻、強度疏伐 4 科 7 種 89 隻，未疏伐區 7 科 11 種 52 隻，並於未疏伐地捕捉到 2 隻高山白腹鼠，適度的干擾對野生動物具正面的效應。處理區之 SG 比率（視野中綠色所佔面積）之平均值為 1.24 、1.52 及 1.63 顯示疏伐強度愈強者，SG 比率值愈小。
2. 疏伐後 8 年，主要的結果
   (1) 疏伐增強冠層林木的高度及直徑生長，尤以對優勢木的效果最佳；
   (2) 年輪的平均年生長量隨林齡而下降之趨勢在強及中度疏伐區較為緩和；
   (3) 冠層開闊度在 8 年期間縮小量在強度疏伐區最為明顯，約為 8 ％；
   (4) 冠層林木依直徑大小的株數頻度分布樣式在強度疏伐區最為集中，因各徑級林木在疏伐後之生長量不同，而逐漸趨向常態分布（如表 1）。

　　表1　林分自疏伐後8年之生長量 PDF

（二）巒大事業區第 74 、75 、76 林班

1. 土壤及微環境
   　　本試驗地調查柳杉人工林不同孔隙疏伐強度作業（0%，25% 和 50%），疏伐後第 1 年枯落物總量以對照區最高，中度疏伐區次之，強度疏伐區最低。但第 2 年後處理間大都無明顯差異，顯示疏伐對枯落物的影響，可能只有短期效應。疏伐處理後土壤 pH 值降低，而經過 1 年 4 個月後，土壤的 pH 值則增加，其值大約回升到疏伐前的測值。土壤中所存在的可交換性陽離子含量明顯增加，有助於林內植物生長，而疏伐處理經過 1 年 4 個月後，土壤的可交換性陽離子含量則降低，其總量大約回復到疏伐前的測值。明顯影響氮的礦化和硝化速率，疏伐過後初期，兩者速率皆明顯提高，接著反應速率隨時間慢慢回復到平穩階段。疏伐後（0% ，25% 和 50%）第一年氣溫 15.8 ℃，16.0 ℃，16.2 ℃，第一年氣溫 15.9 ℃，16.0 ℃，16.3 ℃，50% 疏伐強度及在疏伐後第一年期間內，可提升氣溫，並降低相對溼度，然而疏伐的效應在疏伐後第二年即漸漸消失。豪雨時，土壤沖蝕量與降雨量呈正相關，在相同降雨量條件下，未疏伐樣區的土壤沖蝕量高於皆伐樣區。疏伐在樣地的尺度下，顯著且劇烈地改變林下光照環境，分別於中度與重度疏伐下增加 40% 與 120% 的光度。推測疏伐所造成林下光照環境之空間異質性，將有助於生物多樣性之維持。
2. 植群
   　　疏伐後陽性樹種的種子到達數量與頻度均遠大於未疏伐樣區，在木本小苗部分，疏伐樣區內小苗種類明顯增加，且增加的種類以陽性樹種為主。此外，疏伐後的第一次複查新增的幼苗數最多，但隨著時間增加，新增幼苗的數量則漸趨緩。在林下地被層共調查到 222 種，蕨類植物有 55 種，雙子葉植物有 138 種，單子葉植物有 27 種，其中蕨類植物比例高，表示本區域相當潮濕。空隙面積確實會影響地被層層植物，陽性植物因此而增加，空隙面積越大種類越多。在表土裸露且少枝葉覆蓋的生育地，增加的植物種類最多。
3. 林分結構及二氧化碳貯存量
   　　不同疏伐度會對上層林木之生長造成顯著之差異，但孔隙疏伐對林木生長效應維持之時間則比下層疏伐效應維持之時間短。柳杉人工林疏伐區樹冠大致為一圓錐狀，而未疏伐區樹冠構造較不規則之圓錐狀，且較細長。林木枝條長和林木胸徑、枝徑、樹冠長、樹冠幅、樹冠指數皆有顯著正相關。未疏伐前林分每公頃碳貯存量地上部為 105.1Mg/ha，二氧化碳貯存量為 385Mg/ha，50 ％疏伐處理，疏伐後留存量為 48.1Mg/ha，25 ％疏伐處理後留存碳貯存量為 78.3Mg/ha。優勢木地上部碳貯存量每株、每年平均生長為 4.92kg，劣勢木每株、每年為 0.873kg 。在處理 3 個月內釋出較多的碳，影響期間短，且處理後土壤呼吸一年釋出的碳總量即與未疏伐對照組無顯著差異。此結果說明疏伐經營並不會長期提高林地碳釋出量。
4. 生物多樣性
   (1) 昆蟲及蜘蛛
   　　疏伐後 2 年內，調查期間共取樣 21,171 隻昆蟲，其中包含 15 個目及 775 個形態種。各種生物多樣性指數均隨疏伐強度增強而遞增。疏伐後第一年，三種不同疏伐強度下之昆蟲群聚結構有顯著差異。疏伐後第二年則僅有 0% 及 50% 疏伐處理間達顯著差異。昆蟲形態種數量和樹冠層開闊度成正相關，而與林下灌木層覆蓋度成負相關。蜘蛛的功能群在不同棲地及棲地不同層次間會因環境的改變而有所影響，蜘蛛形態種數量以天然闊葉林及 50% 疏伐人工林最多（91 種），而另兩種不同疏伐程度的人工林較少（分別為 79 及 78 種）；個體數量以 50% 疏伐人工林最高（平均 120.4 隻個體），其次為天然闊葉林與未疏伐人工林（平均分別為 96.6 及 94.3 隻個體），以 25% 疏伐人工林最少（平均 89.3 隻個體），疏伐的 5 至 6 年後，與蜘蛛群聚結構相關的微環境因子回復至疏伐前之狀況。
   (2) 哺乳類及走禽類
   　　於疏伐前調查到 11 種哺乳動物，疏伐後第 1 年調查僅記錄到 5 種哺乳動物，自疏伐後第 2 年哺乳動物類群已開始有群聚回復現象，但疏伐後第 3 年調查恢復到 12 種哺乳動物，疏伐後第 4 年增至 15 種哺乳動物，第 7 年共記錄有 10 種哺乳類及 4 種鳥類，其中以山羌的出沒頻度最高，各個物種的出沒頻度皆呈現上升趨勢。隨時間拉長變化會有回穩至疏伐前狀態的現象，但不同疏伐程度處理間並無明顯差異。
   (3) 疏伐處理對大型真菌出菇量的影響
   　　比較各年度間三種疏伐處理的出菇量。50 ％疏伐樣區在疏伐後第 2 年和第 3 年的出菇個數較疏伐前多，第 7 年該處理各樣區調查的最大值大幅提高；25% 疏伐和未疏伐區在疏伐後沒有顯著變化。由此可知，50% 疏伐作業的干擾，促使林地枯枝落葉和植物殘體等真菌生長基質增加，有利真菌的生長與出菇；25% 的疏伐和未疏伐處理對出菇量的影響不明顯。珊瑚菌為外生菌根菌且與柳杉共生，其族群數量隨著疏伐程度越高，其族群量越低，50% 疏伐度之林地，第三年可重新出現，第五年回則復至 10% 之珊瑚菌族群量；大型真菌的豐富度在疏伐後降低，第七年則維持穩定， 7 年間菌相組成有明顯的季節性差異。

四、結語

　　人工林疏伐措施經由適當合理的規劃，有利於生態環境的改善，將不健全之生立木伐除，使留存木發育健全、生長健壯，抗害能力增強；加速林地內之燃料先移除，減少森林火災之危險度。藉由監測結果發現疏伐後樹冠層疏開，改變林地的微環境條件，可以增加太陽輻射、提高林內溫度、光合作用和枯枝落葉分解速率，有益於其他種類的植物（尤其原生物種）進入及土壤內種子之發芽，並增進人工林生態系的物種生物多樣性。疏伐作業過程會增加枯落物氮的礦化和硝化速率，增進肥力及土壤的孔隙，減少降雨對林地土壤的衝擊，增加土壤滲透量，減緩逕流與地表沖蝕。此外，疏伐可改良樹形並促進林木生長、增加材積收穫、提高林木品質及營造健全林相，疏伐之林分發育成為樹冠均勻、樹幹圓滿而通直之林木，增強抵抗力，並且使根系發展健全，增強抗風力，增加物種和林分結構在歧異度及豐富度，有助生態系之穩定。另外，造林地透過集約經營規劃，亦可增加單位時間、單位面積可利用木材之生產，並增加二氧化碳之吸收與貯存、提高水土保持能力，維持或降低單位生產成本。人工林進行適度的疏伐，能促進林木生長品質，對環境碳吸存、生物多樣性、生態功能等均具有正面效果，有利於生態環境的改善，及維護環境資源永續發展。

已鬱閉林分，林地地被植群甚少，多樣性甚低

向上拍攝冠層全景相片可計算樣點的冠層開闊度

圖 1 　 南投林區管理處巒大事業區 74 、75 、76 林班柳杉（ Cryptomeria japonica ）人工林，人倫林道樣區 Plot 設置相對位置圖。其中包含 0% 疏伐之 Plot （Plot3 、 6 、10 及 12 ）、25% 疏伐處理（ Plot1 、4 、7 及 11 ）和 50% 疏伐處理（ Plot2 、5 、8 及 9 ）

監測經營活動─林木胸徑量測

疏伐使留存木發育健全生長健壯，有益其他植物進入及土壤內種子之發芽

疏伐木整堆後進行檢尺等待運材