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Ursprünglich war das Kyffhäusergebirge wahrscheinlich bis auf die steilen Hänge (z. B. Pfanne) oder die flachgründigen Stellen (z. B. Ochsenburg) von Wald bedeckt. Im Mittelalter wurde der Wald durch den enormen Holzverbrauch der Frankenhäuser Saline und den Kupferschieferbergbau (im Bereich des Rathsfeldes) abgeholzt. Zeitweise erreichten Bäume im Kyffhäusergebirge ein maximales Alter von nur 12 Jahren, bis sie als Heizmaterial verwendet wurden.
Heute ist ein Großteil des Kyffhäusers wieder bewaldet. Im Nord- und Zentralteil ist dabei die Rotbuche vorherrschend. An den Süd- und Südwesthängen tritt die Buche durch die Luft- und Bodentrockenheit dieser Standorte zurück und wird durch Stiel- und Traubeneiche, Hainbuche, Winterlinde, Hängebirke u. a. ersetzt. Weiterhin treten an den großflächig unbewaldeten Süd- und Südwesthängen extrem trockenwarme Magerrasen (Oberflächentemperaturen im Sommer bis 70° C; Niederschläge laufen großteils unterirdisch ab) auf, die von Wärme liebenden Gebüschen wie Schlehe, Hundsrose und Weißdorn durchsetzt sind. Ebenso finden hier zahlreiche seltene Pflanzen süd- und südosteuropäischer Herkunft günstige Lebensbedingungen und haben im Kyffhäusergebirge ihre nördliche, bzw. nordwestliche Verbreitungsgrenze. Aus dem ost- und südosteuropäischen Raum treffen wir z. B. auf Frühlings-Adonisröschen, Ebensträußiges Gipskraut, Violette Schwarzwurzel, Stengelloser und Dänischer Tragant und Federgras. Aus dem Mittelmeerraum stammen u. a. Edel- und Berggamander, Heideröschen und Blaugras. Außerdem treffen wir an den Kyffhäusersüdhängen auf verschiedene seltene Sommerwurzarten oder auf Diptam (“Brennender Busch”). Wiesen- und Gemeine Kuhschelle treten auf gleichem Standort auf. In der Region sind 16 verschiedene Orchideenarten beheimatet (Knabenkräuter, Fliegenragwurz, Frauenschuh). In den benachbarten Binnensalzgebieten hat sich örtlich - bedingt durch die Salzquellen und damit der Anreicherung der Böden mit Kochsalz - eine gut ausgeprägte Vegetation von Salzpflanzen angesiedelt (z.B. Queller, Strandwegerich, Strandaster).
Insgesamt sind im Kyffhäusergebirge über 100 Pflanzenarten heimisch, die in der Thüringer Roten Liste der gefährdeten Farn- und Blütenpflanzen aufgeführt sind und 6 Arten Blütenpflanzen, die in Thüringen sonst als verschollen gelten. 47 der hier heimischen Blütenpflanzenarten haben im Kyffhäusergebirge ihre nördlichste und westlichste Verbreitungsgrenze.
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