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森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，經(jīng)歷了從泥盆紀(jì)枝蕨、前裸子植物森林、中生代高大針葉林，到如今以被子植物為主的現(xiàn)生森林生態(tài)系統(tǒng)演變過(guò)程。森林通過(guò)物理、化學(xué)及生物過(guò)程，對(duì)地球氣候和環(huán)境變化產(chǎn)生影響，是全球大氣CO2、碳循環(huán)、水循環(huán)等環(huán)境-生態(tài)參數(shù)的重要控制因素。全球范圍內(nèi)，已有大量原位化石森林被報(bào)道，為深入理解森林演化提供了寶貴的證據(jù)。近期，中國(guó)科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所研究團(tuán)隊(duì)，回顧并定量評(píng)估了全球38個(gè)化石森林生態(tài)系統(tǒng)，數(shù)據(jù)涵蓋了從中泥盆世森林起源到侏羅紀(jì)被子植物出現(xiàn)前，分析展示了地質(zhì)歷史時(shí)期森林構(gòu)成、冠層高度、森林樹(shù)木密度、生物量、林分結(jié)及空間模式等生態(tài)學(xué)特征的動(dòng)態(tài)變化，并從現(xiàn)代生態(tài)學(xué)視角解析了化石森林演化，提出了泥盆紀(jì)-侏羅紀(jì)森林四階段的演化模式。研究表明，泥盆紀(jì)森林主要分布在低緯度和熱帶地區(qū)，樹(shù)蕨、石松、前裸子植物均構(gòu)成森林，且表現(xiàn)出多樣的空間模式和林分結(jié)構(gòu)。同時(shí)，石炭紀(jì)森林由石松類植物主導(dǎo)，生物量和樹(shù)木密度達(dá)到歷史峰，冠層高度超過(guò)20米；二疊紀(jì)森林?jǐn)U展到中、高緯度，冠層高度增加，但生物量和樹(shù)木密度有所下降；三疊紀(jì)森林主要分布在熱帶和溫暖溫帶，冠層高度超過(guò)30米，生物量和樹(shù)木密度與現(xiàn)存森林相似，且森林結(jié)構(gòu)呈聚集性。侏羅紀(jì)森林?jǐn)U展至干旱區(qū)域，冠層高度接近40米，生物量和樹(shù)木密度與現(xiàn)存森林相似?？臻g分析表明，多數(shù)化石森林表現(xiàn)出聚集生長(zhǎng)模式，類似于現(xiàn)代森林。從生物量來(lái)看，石松類森林的生物量最高可達(dá)現(xiàn)代熱帶雨林生物量的12倍，且石松森林的主導(dǎo)時(shí)期與晚古生代大冰期吻合，或是觸發(fā)大冰期的關(guān)鍵因素之一?；诓煌鷳B(tài)學(xué)指標(biāo)，科研人員進(jìn)一步識(shí)別出了森林生態(tài)系統(tǒng)演化的四個(gè)階段——始森林：艾非爾期至弗拉期（中-晚泥盆世），森林由前裸子植物、枝蕨類與早期喬木石松類組成，冠層高度可達(dá)到7-20米，單位面積生物量高，但樹(shù)木密度相對(duì)較低；儲(chǔ)碳森林：晚法門期至早二疊世，由石松類主導(dǎo)，冠層高度達(dá)16-30米，其生物量為地質(zhì)歷史時(shí)期最高，形成了顯生宙首個(gè)大規(guī)模聚煤期；曙光森林：中二疊世-至早三疊世，冠層高度達(dá)35米，密度與生物量下降，森林組成逐漸多樣化；預(yù)森林：中三疊世-晚白堊世，裸子植物擴(kuò)展至多個(gè)緯度帶與氣候區(qū)，冠層高度上升至20-50米，密度與生物量下降并接近現(xiàn)代森林特征，代表了向現(xiàn)代森林的演化與過(guò)渡。相關(guān)研究成果發(fā)表在《地球科學(xué)評(píng)論》（Earth-Science Reviews）上。研究工作得到科學(xué)技術(shù)部的支持。論文鏈接地史時(shí)期森林時(shí)空分布與物種多樣性變化泥盆紀(jì)原位森林空間分布模式與林分結(jié)構(gòu)地史時(shí)期森林的演化趨勢(shì)