Als die ersten Menschen die Landschaft Ostthüringens betraten, hatte diese noch einen Tundra-Charakter. Aufgrund der Klimaerwärmung änderte sich die Vegetation allmählich. In der Bronzezeit herrschten für die Eiche optimale Bedingungen. Sie war besonders auf tieferliegenden Ebenen, in den Flusstälern der Weißen Elster und Saale sowie im ostthüringischen Buntsandstein-Hügelland verbreitet. Ab der Eisenzeit setzte sich die Buche durch; es entstanden weitgehend geschlossene Buchenwälder. Im Zeitraum von 500 bis 15oo war sie noch immer die dominierende Baumart. Verschiedene Eichenarten waren ebenfalls anzutreffen, jedoch nicht mehr so zahlreich. In feuchteren Schluchten und an nährstoffreichen Standorten kamen die Esche, der Bergahorn und die Ulme vor. Schwarzerlen und Weiden waren seinerzeit in den nassen Bruchwäldern sowie an den unbegradigten Flussausen zu finden.
Die Buche blieb weiterhin die dominante Baumart, doch die Verbreitung der Eiche nahm im Mittelalter wieder zu. Sie war der wichtigste Baum der mittelalterlichen Wirtschaft und wurde bewusst angepflanzt. Die mittelalterliche Warmzeit bot für diese Baumart wieder bessere Bedingungen, denn Eichen zeigen eine deutlich höhere Wärmeverträglichkeit und Trockenheitsresistenz als Buchen. Wegen ihrer Langlebigkeit spielten Eichen auch eine bedeutende Rolle bei der Weg- und Grenzmarkierung.
In den höheren Lagen Ostthüringens waren Tannen verbreitet und bildeten zusammen mit den Buchen stabile Mischwälder. Die heutigen Fichten- und Kiefernwälder gab es in dieser Form noch nicht. Sie wurden erst ab dem späten 18. Jahrhundert durch die moderne Forstwirtschaft künstlich angelegt. Die Fichte war im Mittelalter auf die höheren, feuchteren Kammlagen des Schiefergebirges beschränkt. In den tieferen Hügelländern Ostthüringens kam sie von Natur aus nicht oder nur sehr vereinzelt vor.
Die großen Rodungsperioden des Hochmittelalters, der sogenannte Landesausbau ab dem 11. Jahrhundert, veränderten das Waldbild dramatisch. Riesige Flächen wurden für die Landwirtschaft gerodet. Weil Buchen sehr empfindlich auf die ständige Waldweide und Holzentnahme reagierten, ging ihr Anteil zugunsten der robusteren Eichen, Hainbuchen und Birken zurück. Am Ende des Mittelalters waren viele Wälder in der Nähe von Städten und Bergwerken stark degradiert und gelichtet. Der Waldanteil in Deutschland sank auf 17 %. In vielen Regionen blieben nur noch karge, degradierte Busch- und Heidelandschaften übrig. Die verbliebenen Wälder waren ausgedünnt und in einem wesentlich schlechteren Zustand als heute. Sie wurden beweidet und wirkten oftmals wie ausgekehrt. Die Menschen sammelten das Laub, um es als Einstreu zu nutzen, und heizten mit dem Reisig ihre Häuser. Dadurch waren die Böden in den Wäldern erheblich devastiert.
Insgesamt ist ein Wechsel der dominanten Baumarten von der Eiche in der Bronzezeit hin zur Buche zu beobachten, was auch Rückschlüsse auf die klimatischen Veränderungen zulässt. Von Natur aus wäre die Region auch heute fast vollständig von Buchen- und Buchenmischwäldern bedeckt. In jüngerer Zeit kamen im Raum Gera an unbeeinflussten Standorten mehr Birken zum Vorschein. Sie reagiert bei anhaltender Hitze und Dürre meist schneller und empfindlicher auf Trockenstress als die Buche, hält dafür aber eisige Kälte und raues Klima besser aus.
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