森林经历了从泥盆纪枝蕨、前裸子植物森林，中生代高大针叶林，到如今以被子植物为主的现生森林生态系统演变过程，是陆地生态系统的重要组成部分。森林通过物理、化学和生物过程，对地球的气候和环境变化产生深远影响，是全球大气CO2、碳循环、水循环等重要环境—生态参数的重要控制因素。
全球范围内，已有大量原位化石森林被报道，为深入理解森林的演化提供了宝贵的证据。化石森林从泥盆纪时期的枝蕨、石松森林；到石炭纪的成煤沼泽中主导的石松森林以及早二叠世乌达森林的精确重建，这些发现与研究增强了我们对森林构成与形成环境等方面的认识。然而，森林生态系统的演化不仅与其物种组成的变化息息相关，还深刻反映着群落结构的演进。研究保存良好的原位森林，可以探索森林的演化，认识化石森林的群落结构的演替。
近期，中国科学院南京地质古生物研究所早期陆生植物演化研究团队博士研究生刘炳材，在徐洪河研究员指导下，联合特别研究助理王凯博士，回顾并定量评估了全球38个化石森林生态系统，数据涵盖了从中泥盆世森林起源到侏罗纪被子植物出现前，分析展示了地质历史时期森林构成、冠层高度、森林树木密度、生物量、林分结构和空间模式等生态学特征的动态变化，从现代生态学视角解析化石森林的演化，提出了泥盆纪-侏罗纪森林四阶段的演化模式，研究成果发表于地球科学领域综合期刊《地球科学评论》（Earth-Science Reviews）。
研究结果表明，泥盆纪森林主要分布在低纬度和热带地区，树蕨、石松、前裸子植物均构成森林，且表现出多样的空间模式和林分结构；石炭纪森林由石松类植物主导，生物量和树木密度达到历史峰，冠层高度超过20米；二叠纪森林扩展到中、高纬度，冠层高度增加，但生物量和树木密度有所下降；三叠纪森林主要分布在热带和温暖温带，冠层高度超过30米，生物量和树木密度与现存森林相似，且森林结构呈聚集性。侏罗纪森林扩展至干旱区域，冠层高度接近40米，生物量和树木密度与现存森林相似。空间分析表明，多数化石森林表现出聚集生长模式，类似于现代森林。从生物量来看，石松类森林的生物量最高可达到现代热带雨林生物量的12倍，且石松森林的主导时期与晚古生代大冰期吻合，可能是触发大冰期的关键因素之一。
基于不同的生态学指标，本研究识别出了森林生态系统演化的四个阶段：
1）始森林：艾非尔期至弗拉期（中-晚泥盆世），森林由前裸子植物、枝蕨类与早期乔木石松类组成，冠层高度可达到7-20米，单位面积生物量高但树木密度相对较低。
2）储碳森林：晚法门期至早二叠世，由石松类主导，冠层高度达16-30米，其生物量为地质历史时期最高，形成了显生宙首个大规模聚煤期。
3）曙光森林：中二叠世-至早三叠世，冠层高度达35米，密度与生物量下降，森林组成逐渐多样化。
4）预森林：中三叠世-晚白垩世，裸子植物扩展至多个纬度带与气候区，冠层高度上升至20-50米，密度与生物量下降并接近现代森林特征，代表了向现代森林的演化与过渡。
本研究得到了国家重点研发计划专项支持。
论文相关信息：Liu, B. C., Xu, H. H., Wang, K., 2025. Quantitative assessment of community structure of fossil forests from the Devonian to Jurassic periods. Earth-Science Reviews. 271. 105295. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2025.105295.
地史时期森林的时空分布与物种多样性变化
泥盆纪原位森林的空间分布模式与林分结构
地史时期森林的演化趋势
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