森林經營學理論釋義

第一章緒論（Introduction）
1.1 森林經營的意義與內涵
森林經營（Forest Management, FM）係指為提升森林蓄積的品質與數量以及提供林地良好被覆以保育土壤及水資源的一切措施或活動。森林經營的工作內容通常包含：(1)將現有的林地或其他的適合土地用於木材生產，(2)依據樹種、生長率、以及對土壤的適應力決定林地立木族群的適當數量，(3)立木需施以疏伐、修枝以維持應有的材積生產量，(4)留存在林地上的大小枝條（twigs and limbs）等應予適當的減量，以降低發生林火的危險，同時可以維護地表的被覆、減少土壤衝蝕以及提供野生動物棲地，以及(5)當立木成熟時，即予伐採並重新造林。良善的森林經營可以增加營林的收入、減少土壤衝蝕、改善水質、提供野生動物棲地、增加土地美感以及固碳。
森林經營強調事前的規劃作業，經營者必須瞭解土地的特性與營林目的，方得以訂定適當的經營作業，以達成經營目標。土地的土壤特性是否適合於樹木生長、農牧用途或適合同時作為木材生產與農牧用途；若作為經濟林地，則應選擇具有經濟價值的樹種，瞭解該土地可生產的林產品種類以及市場。經濟林地於造林後必須注意撫育作業，利用割草、噴藥或砍伐等方式以控制雜草、灌木以及競爭植物，新植造林木低於一定高度前必須嚴格執行除草撫育，定期檢查造林地內是否發生鼠害、蟲害或病害。
森林為可再生資源（renewable resources），提供了多元的生物資源以及環境資源，妥善經營利用森林資源，可以為林主創造經濟利益，同時也可為國家提供社會財富。森林經營有關技術上應注意事項，至少應包含下列幾點：
1. 種植適合林地土壤的樹種。
2. 如果林地要作為放牧用途，要能夠同時正常的使用植生。
3. 砍除會與目的樹木競爭陽光與水分之其他非目的樹木及灌木。
4. 依據樹木大小所需生長空間，疏伐樹木以釋放足夠空間提供林木生長。
5. 規劃伐採作業以減少伐木時可能對留存的林木、林地土壤以及道路的損害。
6. 森林經營應考慮森林產物的使用效益以及生產成本的問題。
1.2 森林經營之構成因子
一、森林經營之淵源
中國古代時期，周武王（姬發）得眾諸侯擁護起兵伐商紂，於「牧野之戰」大敗商軍，定都鎬京，建立周朝，實行封建制度（feudalism or feudal system），又稱封地制或采邑制，將土地和人民分封給諸侯以「建國」，諸侯再將土地與人民分封給卿或大夫以「立家」，形成一種金字塔結構的政治、軍事以及經濟體制。
封建制度下，天子直接管轄的土地稱為「王畿」、諸侯管轄的土地稱為「國」、卿或大夫管轄的土地稱為「家」、士管理的土地稱為「采邑或采地」。土地按「井田制度」分給農民耕種，先把土地劃成井字，共九格，每格一百畝，外面八格為私田，由田主分給入戶農家，收穫自用；中間一格為公田，由八家共同耕作，收穫作賦稅。所以，在封地制的土地政策規範下，各級爵位的王功大臣，擁有其所屬封地（fief）的資源和收益，但必須向上級大臣或周天子繳納一定的進貢（繳稅），並負起作戰保衛中央的責任或義務。
春秋戰國時期，社會問題嚴重，連年的戰爭對生產力造成極大破壞。統治階級為滿足奢慾，聚斂財物的手段十分殘酷，人民為躲避戰亂大舉往森林逃亡，並開發山林以求生活。在這種歷史背景下，孟子提出政治及資源管理的兩個核心觀念，亦即「仁政思想」及「資源永續使用思想」，此等思想可由孟子所謂的「以仁治天下」以及「斧斤以時入山林，林木不可勝用也」體現之。這兩個核心思想對於人類及山林資源的尊重思維，被視為中國人最早對林業永續利用之開始。
土地稅收決定於產量，現有農業物資之調查成為稅收之基礎；而森林稅收（forest taxation）決定於森林林產物之產量，為促使每年均有森林稅的收入，必須作適度的收穫統制（forest regulation），因此，在十八世紀末至十九世紀初，乃有森林作業組織設立，並設「林官」，負責森林林產物之收穫統制，此為森林經營之開始。利用收穫統制的方法以控制每年所收取的林產物，即為森林經營之保續收穫（sustained yield）的精神。
二、森林經營之中心問題
森林經營乃係依據「保續與經濟」之要求，講究森林空間規劃與時間規劃之科學。傳統上，以追求林木經濟的森林經營，森林空間規劃的重點在於安排林木在林地上的配置，而時間規劃則在安排林木的伐採時間。森林為林木及林地的集合體，廣大面積林木的空間分布型態及存活時間或生命週期長短，是決定森林多元功能是否能有效發揮的基本元素，也會影響森林生物組成的豐富度、木材蓄積量的多寡，所以林木時間配置與空間配置乃成為森林經營的核心問題。在當代全球化、國際合作以及減緩氣候變遷影響之目標下，由地球陸域生態系經營觀點，決定適當的森林經營目標以發揮森林多元功能或服務（multiple forest services）的最佳化、最大化及永續性，乃成為當代森林經營的第三個中心問題。
A. 時間安排（配置）
所謂時間布置係指成熟林木伐採時間點之安排。林木成熟與否之判斷，涉及林木之大小、木材利用性質以及可賣價金等許多的因素。林木成熟與否之判斷，早期是以物理觀點判斷，如今是以經濟觀點判斷之。
B. 空間安排（配置）
所謂空間配置係指林木在林地內空間位置之安排。空間配置有消極的和積極的觀念二種。消極的空間配置，主要目的在消除林木生長過程中的相互競爭。林木生長需要滿足空間以及營養要素的需求，包含土壤養分及水分、林木生長空間等等，因此，對於各種不同年齡的林木應如何配置，以降低林木因相互競爭，而影響其生長，實為森林經營者所必要關注的重要議題。
積極的空間配置的主要精神在於使林木彼此可以相互保護，促進林木生長與健康狀態，以及森林生態系重要功能的發揮。因此，森林經營者為使林區內各種不同年齡的林木配置，能夠發揮「相互保護」的效用，當注意森林環境特徵以及林木的生態特性。例如，對於可能有氣象危害的地區，空間配置應考慮到林木配置的和諧關係，促成林木相互保護的目標；因此，對於風害、寒害或熱害（陽光之害）等，妥善安排林木在林地內的相對位置成為主要關鍵。以圖1.1所示，將林分建造成一個順風方向遞次升高的林分高度結構，將可有效的降低暴風的衝擊，伐採方向應與暴風來向相反；同理，若寒害來自北方，則林木配置宜以由北而南逐漸升高的林分高度結構為宜，伐採方向則應由南而北施行。
空間布置上應注意林木間之和諧關係。臺灣暴風無一定方向，所以空間布置上仍要注意運搬問題，即在搬運伐倒木時是否會傷及幼齡林木，故應把老齡木置於上坡，幼齡木置於下坡。
C. 森林經營目標的決定
森林經營之目的受到政治制度、自然環境因素及經濟因素之影響。一般而言，在計劃經濟制度之國家，由政府全權訂定之；在自由經濟制度之國家，由林主之自由意志作主觀性決定。由於森林多位處人類生活領域外圍的山區，在區域土地安定性以及提供人類生活資源等公共財的維護方面，在某些特殊條件下，自由經濟體制國家仍有以法律限制森林經營目的之需要。例如，林地位於集水區範圍內者，仍需受到「森林法」對於經營森林措施之限制。
森林經營目的可以森林功能為分類基礎。森林以生產木材供給傢俱用材、建築用材、紙漿用材、薪材（燃料）、飼料以及其他的工業用材之需，此以滿足森林直接功能為唯一目標者為經濟林經營；森林經營亦可提供森林的間接功能以滿足地方或國際社會對森林公益功能的需求為核心，提供並強化森林的國土保安功能（保安林）、水源涵養功能（水源涵養林）、野生動物棲息地（重要棲息地環境）、森林遊憩價值及生態教育（森林遊樂區）、降低噪音或空氣污染（防風林）或改善環境景緻（都市景緻林）等；森林經營可兼顧森林文化或自然資源的價值以及生態系碳排減量，亦可為強化並滿足所謂的依賴森林而生存之地方社區（forest dependent communities）或人類對森林自然資源特殊價值的需求，而有所謂的森林生態系特用價值經營目標。
森林經營可單純地以實踐森林單一功能為經營目標，在林主自由意志及法令規範下，其或可為木材生產的經濟林經營、發揮社會公益功能的保安林經營、以創造森林景緻及生態教育功能為目的之遊憩教育林經營、以發揮森林碳吸存功能的碳匯經營、以維護生物多樣性為目標的資源保育經營、以創造森林特用價值的特產物經營、或以維護森林自然資源及文化遺產的保護經營；相對地，森林經營也可綜合考量生態系整體多元功能，依據森林生態系的物理環境、自然資源以及人文社會層面的特性，以調和多元功能為導向創造高總體價值的森林來決定森林經營目標。
1.3 森林功能（Forest services）
森林處於原野地區，易受外部環境干擾以及林木彼此競爭的影響，林木的生長以及健康狀態可能隨時間而有所變化；而森林生態系整體功能的表現，涉及林分的結構與組成、林分密度以及森林健康度。適當的森林作業法及優質的良善管理，可促成林分的適當發展，進而提升森林健康度及生產力，林分根系及冠層結構的良性發展，更有助森林抵禦強風豪雨的侵襲，降低可能的森林災害。
森林可能受到氣候變化的影響（特別是乾旱）使林木生理現象改變，有害昆蟲在林內的活動及危害程度，也會因林內環境而變化，所以，維護森林的健康狀態、活力以及適當的保護，可促成森林的適當發展，並確保森林功能的實踐。有關森林主要的功能說明如下：
一、木材生產功能（wood production）
木材是最好的建材及器材原料，舉凡居家裝潢、家具、造紙、薪炭燃料等皆是來自森林，所以木材的直接利用是人類長久以來的習慣。經濟林經營以生產木材為主要目的，促進連續生產有價值立木之最大材積，以獲得最高木材價格或貨幣收入為主要的營利事業。經濟林經營非常重視樹種選擇以及林地生產力的提高與維持，同時需要適當的林地環境為基礎，以避免因為密集的經營施業造成環境災害。70年代以前，臺灣處於經濟發展階段，木材經濟收入是政府重要的財政收入，提供政府施政可靠的經費來源，也提供很好的就業機會。所以，木材生產曾是國有林經營的主要目標之一。
圖1.2　小面積皆伐作業的私有經濟林

二、社會公益功能（protection）
森林對國土保安功能之達成主要憑藉(1)林木冠層的截流作用、(2)地表枯枝落葉及腐植質層的吸水作用、以及(3)林木根系對土壤的固著作用等三個過程，因此，理想的森林被覆可以有效地降低雨水直接對地表土壤的衝擊強度，防止土壤沖蝕（soil erosion）並延緩地表逕流（runoff），有助於山區邊坡之穩定，避免崩塌及土石流災害發生。森林土壤的多孔隙構造，可以將水分吸收到地層深處，成為地下水，涵養雨水成為自然的大水庫。
通常對於集水區範圍內的森林、水庫及河川流域、海岸濱水地帶、以及陡坡山區容易發生崩塌地區等，均以保安林經營為主要目標。以生產木材以外的效益為目的，即以發揮森林間接效用為主的保安林與水源涵養林等，大多屬於國有林及公有林。圖1.3(c)所示為八掌溪集水區1999全年各雨量站及流量站的觀測數據導出的累計雨量及流量以及粗水分涵養量（gross quantity of water conservation）。在非雨季1-3月期間仍可見集水區累計流量大於累計雨量的現象，足見森林涵養水分的能力。
三、森林景緻、生態教育及遊憩功能（recreation and education）
森林提供動植物生存的理想環境，森林環境與景觀隨季節變化產生多變的優質景色，構成極佳的休閒旅遊的好地方，社區森林公園更提供日常休閒活動場所。森林植物自然散發的芬多精（phytoncid），林分內的健行休閒及景觀欣賞可以降低促成身體緊張狀態的波、提升促成意識清晰身體放鬆的波，舒緩身心壓力，對於慢性病有療癒的效果，近年來已形成森林療癒（forest therapy）學術研究風潮。
森林生態系水土資源涵養功能所產出的環境效益，在環境經濟學（environmental economics）是可量化計價的。國有森林環境資源的經營為政府實踐森林公共效益的責任，雖然受益者不必付費即可使用，但當以文化資源觀點或以森林遊樂區型態來經營森林時，民眾進入森林遊樂區活動與消費、享受森林保健效益，雖屬社會性功能但仍需支付基本費用。
森林生態系的組成很豐富，因此，遊樂區經營者多結合森林內的生物資源以及文化資產，提供較深度的旅遊休閒與遊憩教育機會，可以吸引更多民眾停留於森林遊樂區的時間，提升森林資源遊憩經營的效益。通常實施遊樂區生態旅遊經營的森林，多具有特定的主題或特色，與專門生產木材的經濟林相比較，遊樂區經營對於環境的衝擊比較小，同時可達到綠色經濟以及無煙囪工業經濟的理想目標。

第一章緒論（Introduction）
1.1 森林經營的意義與內涵
森林經營（Forest Management, FM）係指為提升森林蓄積的品質與數量以及提供林地良好被覆以保育土壤及水資源的一切措施或活動。森林經營的工作內容通常包含：(1)將現有的林地或其他的適合土地用於木材生產，(2)依據樹種、生長率、以及對土壤的適應力決定林地立木族群的適當數量，(3)立木需施以疏伐、修枝以維持應有的材積生產量，(4)留存在林地上的大小枝條（twigs and limbs）等應予適當的減量，以降低發生林火的危險，同時可以維護地表的被覆、減少土壤衝蝕以及提供野生動物棲地...

序 言

森林生態系可視為生產多元自然資源產品的森林企業體，森林經營學則為管理森林生態系以合理且永續地創造最大價值的科學及技術的總成。森林是地球陸域生態系最大生產力的綠色體系，具有穩定地球生態環境以及提供自然財貨的能力及特性，溫帶林及熱帶林在19世紀及20世紀先後被大量開發，雖促成區域經濟及農業發展，但造成全球森林面積顯著減少；今為維護農業發展及森林永續經營及減緩氣候變遷影響，提升農業及林業生產力乃成為自然資源經營的首要目標。
百年前全球森林經營目標側重於木材生產，1960年代擴及FOREST多目標生產，經營主題包含魚類及野生動物、戶外遊憩、放牧地及草地、環境美質與倫理、土壤與水以及木材等，至21世紀已發展為永續生態林業，經營主題更擴及生態系生物多樣性、非木質林產物以及森林與其他土地的和諧關係，重視國際合作共同促成地球村森林生態系的永續發展。在空間限制條件下，未被經營森林的林木活力及自然生長能力和生長速率會隨時間遞減，可能致使森林抵抗自然災害或外部大型擾動的能力衰減。藉當代科技整合研究之賜，森林經營學理論發展多元化，實務技術更臻成熟，傳統粗放的林業經營得以躍進為精準林業經營時代，有能力整合經營永續生態林業的相容性多元功能及實踐利益最大化的目標。
編者從事森林資源經營、遙測及地理資訊系統等空間資訊科技教學研究20年餘，迄今已於期刊或研討會發表專業論文185篇。代表性的新創科技研究成果有林分動態評估理論、林分管理景觀美質評估、林木測繪技術、生物量及碳量評估技術、以及林分健康評估技術水分逆境及有效葉綠素指標、UAV點雲處理林木測高技術等等，應用高光譜、光達和UAV資料於森林資源調查新技術的突破性發展，具已發表於森林科學領域或遙測專業領域SCI優質期刊。謹以長年教學經驗及科學研究新知累積，參考國內外相關領域研究報告及專書編撰「森林經營學理論釋義」乙冊，詳細說明經營理論及技術，以饕讀者。
本書從森林生態系的功能、類型以及分布等基本認知切入，依據全球森林生態系經營的議題，深入介紹林地分級和森林分區妥適經營的觀念、兼顧環境保護及資源生產的森林作業法設計實務、林分生長及生產力評估理論、林分管理技術、森林量化管理技術，以及野生動物在地保育保護區需求評估方法等，期以協助森林經營者能綜合考量生態系整體多元功能，依據森林生態系的物理環境、自然資源以及人文社會面向的特性，以調和多元功能創造森林價值並實踐保護區經營管理的目標。本書特別強化利用遙測技術於森林資源調查的理論論述，培養讀者正確認知遙測量化森林資訊的觀念及方法，理解遙測技術整合全球森林資源評估資訊一致性的重要性。
森林經營科學領域浩瀚，包含森林測計、空間資訊科技、林業經濟及林業政策等次領域知識，單冊書籍實難以涵蓋周全。編者本以闡釋森林經營核心理論及實務技術應用基礎為編輯目標，將本書定位為大學森林學專業教科書及環境科學或人文商管領域學生通識教材，也可供校外或社會參考讀物，期以滿足各級學生和關懷森林環境永續議題人士的基礎認知。本書雖經多次校訂，惟恐仍有遺漏謬誤處，尚祈讀者不吝賜教指正，編者銘感五內。本書編撰過程，得「遙測及森林生態系空間科學實驗室」博士生馬曉恩先生協助資料收集與整理，特以誌謝。

序 言

森林生態系可視為生產多元自然資源產品的森林企業體，森林經營學則為管理森林生態系以合理且永續地創造最大價值的科學及技術的總成。森林是地球陸域生態系最大生產力的綠色體系，具有穩定地球生態環境以及提供自然財貨的能力及特性，溫帶林及熱帶林在19世紀及20世紀先後被大量開發，雖促成區域經濟及農業發展，但造成全球森林面積顯著減少；今為維護農業發展及森林永續經營及減緩氣候變遷影響，提升農業及林業生產力乃成為自然資源經營的首要目標。
百年前全球森林經營目標側重於木材生產，1960年代擴及FOREST多目標生產，經營...

目　錄

自　序
第一章 緒　論
1.1 森林經營的意義與內涵
1.2 森林經營之構成因子
1.3 森林功能
1.4 森林經營之指導原則
1.5全球森林的分布及森林經營視野
參考文獻
第二章 全球森林的變遷
2.1 全球土地利用變遷趨勢
2.2 森林變為農業用途的因素
2.3 林業與農業的關係
2.4 全球森林資源蓄積量及其變化
2.5臺灣森林面積的變化趨勢
2.6 臺灣與世界各國森林資源比較
參考文獻
第三章 森林永續經營觀念的發展
3.1 永續發展與生態問題
3.2 永續森林經營
3.3 森林經營永續觀念的發展
3.4 實踐當代的永續森林經營的要素
3.5 森林生態系經營對地球與社會的責任
3.6 木材永續收穫的理由與必要條件
參考文獻
第四章 森林區劃與林地分級分區經營
4.1 森林組織
4.2 森林區劃
4.3國有林經營管理區劃之調整問題
4.4林地分級與使用分區
4.5地形特徵與集水區區劃基本邏輯
參考文獻
第五章 森林作業法
5.1森林作業法的基本觀念
5.2 森林作業法的種類
5.3 森林作業法的決策流程
5.4由多目標經營效益談當代適當森林作業法的決定
參考文獻
第六章 擇伐作業法應用實務
6.1決定擇伐作業法林分齡級
6.2定義剩餘結構
6.3決定剩餘結構的方法
6.4 實施擇伐作業法的程序
6.5應用簡單直線迴歸分析法建立林分特性值推估模型
參考文獻
第七章 區塊伐作業法應用實務
7.1區塊伐之目的與原理
7.2區塊伐作業之優缺點
7.3區塊伐作業在森林經營上之決策
7.4區塊伐作業對臺灣森林林木經營的效益
7.5區塊伐作業法規劃實務
參考文獻
第八章 遙測森林資源調查法
8.1森林資源調查的範疇及目的
8.2聯合國森林資源評估對森林資源調查的啟發
8.3多層級森林調查架構
8.4森林資源調查的光學遙測理論
8.5森林資源調查的光達遙測理論
8.6 UAV影像於森林資源調查的應用
8.7林分鬱閉度航測調查法
8.8 GPS導線測量與地面調查永久樣區設置
8.9準確度及精度評估的基本觀念
參考文獻
第九章 森林生長
9.1森林生長的意義及分類
9.2林分表
9.3林分生長與立木度圖
9.4森林生長的性質及分類
9.5林分材積的連年生長與平均生長之關係
9.6材積生長率
9.7形質生長率
9.8騰貴生長率
9.9 材積生長率、形質生長率、騰貴生長率與總價格生長率之關係
9.10生長率應用分析之實例
參考文獻
第十章 林分動態模型
10.1林分生長模型的種類及機制
10.2林分生長模型應用實例
參考文獻
第十一章 立地品位及林分密度管理
11.1土壤品質與地力
11.2地位指數的定義
11.3地位指數的量測方法
11.4林分管理與地位指數的關係
11.5 林分密度控制技術在林分建康管理及林分收穫估計的應用
參考文獻
第十二章 指　率
12.1指率之意義與用途
12.2六種不同指率公式之演算
12.3森林經營經濟平衡式
12.4指率應用實例
12.5林木成熟期
第十三章 輪伐期
13.1輪伐期之意義與種類
13.2非財政性輪伐期
13.3財政性輪伐期
13.4林地純益最大輪伐期應用實例
13.5森林純益最大輪伐期與土地純益最大輪伐期之關係
13.6決定輪伐期之實務考量
13.7 異齡林迴歸期之決定
13.8森林經營財務分析方法
第十四章 森林收穫預定法
14.1森林收穫的基本議題
14.2收穫預定的意義與理論發展
14.3區劃輪伐法（面積配分法）的特性與實施方法
14.4材積配分法的特性與實施方法
14.5平分法的特性與實施方法
14.6法正蓄積法的特性與實施方法
14.7齡級法的特性與實施方法
14.8生長量法的特性與實施方法
14.9應用收穫預定法控制非木質產品的收穫量
第十五章 法正林理論
15.1緒論
15.2各種作業之法正齡級面積分配
15.3法正林木排列
15.4法正生長量
15.5 法正蓄積
15.6法正伐採額與生長及蓄積之關係
第十六章 現實林之改良
16.1 齡級面積不法正之改良
16.2 林木排列不法正
16.3 生長不法正
16.4 蓄積不法正
參考文獻
附錄一 臺灣現行有關森林經營法律規章
附錄二 與森林永續經營有關的國際協議

目　錄

自　序
第一章 緒　論
1.1 森林經營的意義與內涵
1.2 森林經營之構成因子
1.3 森林功能
1.4 森林經營之指導原則
1.5全球森林的分布及森林經營視野
參考文獻
第二章 全球森林的變遷
2.1 全球土地利用變遷趨勢
2.2 森林變為農業用途的因素
2.3 林業與農業的關係
2.4 全球森林資源蓄積量及其變化
2.5臺灣森林面積的變化趨勢
2.6 臺灣與世界各國森林資源比較
參考文獻
第三章 森林永續經營觀念的發展
3.1 永續發展與生態問題
3.2 永續森林經營
3.3 森林經營永續觀念的發展
3.4 實踐當...