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En el Espacio destaca la representatividad de las masas arboladas, resultando de interés los hayedos (9120), los robledales (9230), los acebales (9380), representados especialmente por el extenso acebal de Garagüeta, y el rodal relicto de Pinus uncinata (9430*) presente en el Castillo de Vinuesa. Estos medios forestales resultan de especial relevancia para algunas especies de quirópteros con poblaciones de interés como el murciélago de bosque (Barbastella barbastellus). Muy dependientes de los medios forestales caducifolios resultan algunas especies de invertebrados con poblaciones de interés en el Espacio como los coleópteros saproxílicos Rosalia alpina, dependiente de los hayedos, y el ciervo volante (Lucanus cervus) que se encuentra, principalmente, en robledales maduros. En estos medios nemorales umbrosos de bosques caducifolios se encuentra también presente el caracol de Quimper (Elona quimperiana), especie de distribución muy restringida en el ámbito europeo. Entre los matorrales resulta necesario destacar las representaciones existentes de brezales silicícolas de alta montaña (supraforestales) en los que domina la brecina (Calluna vulgaris) con presencia menos abundante de arándanos (Vaccinium myrtillus) y enebros rastreros(Juniperus communis subsp. alpina) (4060); los matorrales dominados por Cytisus oromediterraneus(5120) que tienen aquí un carácter un tanto finícola; los brezales silicícolas caracterizados por la abundancia de Erica australis y Erica arborea (4030);y los enebrales arborescentes de Juniperus communis (5210). Algunos de estos hábitats de matorral se encuentran frecuentemente intercalados o formando mosaicos con pastizales supraforestales psicroxerófilos que se presentan en los pisos oromediterráneo superior y crioromediterráneo, encontrándose, según las condiciones del sustrato, pastizales silicícolas crioturbados de alta montaña (6160), pastizales crioturbados con caméfitos rastreros sobre suelos calcáreos (6170) y cervunales (6230*). En estas zonas de mosaicos de matorral y pastizal se puede encontrar, en las zonas calizas de la sierra de Hormazas, una población relicta de Jonopsidium savianum. En las lagunas de alta montaña de origen glaciar, pobres en nutrientes y de aguas frías aparecen praderas de plantas acuáticas y macrófitos sumergidos (3110), destacando en varias lagunas del Espacio la presencia de Luronium natans, especie de interés comunitario de distribución muy restringida. Dentro de los hábitats higroturbosos resultan de gran interés las pequeñas lagunas con materia orgánica acumulada no descompuesta asociadas a turberas ácidas en las que suele ser frecuente la presencia de utricularias (Utricularia spp.) (3160) y las formaciones turbosas acidófilas dominadas por esfagnos y con aportes de aguas frías no carbonatadas (7110*, 7140 y 7150). En el lagunazo de Cebrián de Vinuesa, una cubeta higroturbosa encharcada parcialmente, se ha localizado una interesante población del briófito Hamatocaulis vernicosus. Dentro de los cursos fluviales de alta montaña que recorren los barrancos del Espacio destacan las saucedas arbustivas que se desarrollan sobre cauces pedregosos (3240).En estos medios se pueden encontrar especies faunísticas de gran interés y amenazadas como el desmán ibérico (Galemys pyrenaicus), el visón europeo (Mustela lutreola) y el cangrejo de río (Austropotamobius pallipes). También se encuentran presentes en estos medios el sapillo pintojo meridional (Discoglossus jeanneae) y la bermejuela (Achondrostoma arcasii). En las zonas de fondo de valle y mosaicos de prados parcelados se encuentran interesantes fresnedas de Fraxinus angustifolia (91B0), herbazales húmedos dominados por Molinia caerulea (6410) y prados de siega con Sanguisorba officinalis sometidos a aprovechamiento ganadero (6510). En este último hábitat se puede encontrar una amenazada población de hormiguera oscura (Phengaris nausithous). En las orlas arbustivas de estos hábitats de fondos de valle se puede encontrar también al lepidóptero nocturno Eriogaster catax. Los roquedos y canchales contienen representaciones de interés de hábitats de interés comunitario de vegetación de pedregales calcáreos móviles o semifijos (8130) y vegetación casmófita o fisurícola de paredes y cantiles rocosos de naturaleza silícea (8220), además de megaforbios de montaña situados en pedreras y al pie de cantiles donde se dan las condiciones favorables de humedad (6430). Dentro de las especies incluidas en el anexo IV de la Directiva destacan la presencia de una abundante población de la mariposa apolo (Parnassius apollo), ricas comunidades de quirópteros forestales con especies presentes como el murciélago ratonero bigotudo (Myotis mystacinus/alcathoe), el nóctulo grande (Nyctalus lasiopterus) y el nóctulo pequeño (Nyctalus leisleri). También presentan poblaciones importantes algunas especies de reptiles como la culebra lisa europea (Coronella austriaca) y el lagarto verde (Lacerta bilineata) que aparecen sobre todo en las zonas de claros o ecotonos con pastizales y matorrales abiertos. Respecto a las especies de flora incluidas en este anexo, en los trampales, turberas y pastizales húmedos del Espacio se puede encontrar a la orquídea Spiranthes aestivalis. Este Espacio alberga numerosas especies de flora amenazadas, protegidas, endémicas o de elevado interés. Aparte de las especies del anexo II de la Directiva Hábitats, incluidas en el apartado 3.2 (Especies a las que se aplica el artículo 4 de la Directiva 2009/147/CE y especies que figuran en el anexo II de la Directiva 92/43/CEE y evaluación del lugar en función de estas); en el apartado 3.3(Otras especies importantes de flora y fauna) se han incluido todas aquellas recogidas en los anexos IV o V de la Directiva Hábitats, Convenios internacionales (C) y/o Lista Roja Nacional actual (A) y además se han incluido por el motivo D (Otros) aquellas especies recogidas en la normativa nacional o regional de protección de flora. De este modo, por el motivo D, se han incluido por estar incluidas en la normativa regional actual de protección de flora las siguientes especies: Anemone ranunculoides L., Carlina acanthifolia subsp. cynara (Pourret) Rouy, Cerastium cerastoides (L.) Britton, Convallaria majalis L., Epipactis fageticola (Hermosilla) Devillers-Tersch. & Devillers, Epipactis microphylla (Ehrh.) Swartz, Equisetum hyemale L., Gentiana cruciata L., Isoetes echinosporum Durieu, Lathraea squamaria L., Littorella uniflora (L.) Ascherson, Menyanthes trifoliata L., Ophrys insectifera L., Pinguicula lusitanica L., Pinus uncinata Ramond ex DC., Platanthera chlorantha (Custer) Reichnb., Pulsatilla rubra Delarbre, Rhynchospora alba (L.) Vahl, Sorbus torminalis (L.) Crantz, Subularia aquatica L., Taxus baccata L., Thesium alpinum L. y Trifolium rubens L. Además, se ha indicado también este motivo D (recogidas en la normativa nacional o regional actual de protección de flora) en las siguientes especies que a la vez cumplen alguno/s de los otros criterios (anexos IV o V, Convenios internacionales, Lista Roja Nacional, Especie endémica): recogidas en la normativa regional de protección de flora: Allium schmitzii Coutinho, Baldellia alpestris (Cosson) Vasc., Callitriche palustris L., Corydalis intermedia (L.) Mérat, Cytisus decumbens (Durande) Spach, Gentiana lutea L., Huperzia selago (L.) Schrank & Mart., Juncus balticus subsp. cantabricus (T.E. Díaz, Fern.-Carv. & Fern. Prieto) Snogerup, Lycopodium clavatum L., Narcissus eugeniae Fern. Casas, Paeonia mascula (L.) Mill. subsp. mascula, Ranunculus montserratii Grau, Ruscus aculeatus L., Sedum nevadense Coss., Senecio carpetanus Boiss. & Reuter y Sideritis camarae (Pau) Sennen.; y en la normativa nacional y regional de protección de flora a la vez: Euphorbia nevadensis Boiss. & Reut. y Spiranthes aestivalis (Poiret) L. C. M. Richard.
El espacio incluye el entorno de las sierras de Urbión y Cebollera que forman parte del sistema Ibérico, al noroeste de la provincia de Soria, limitando con Burgos y La Rioja. Está constituido por un conjunto montañoso caracterizado por la presencia de fallas, pliegues y dislocaciones, consecuencia de la tectónica, la diferente litología, los efectos de las orogenias Hercínica y Alpina y los subsiguientes ciclos de erosión, que han dejado una huella característica. La mayor parte de las sierras se sitúan por encima de los 2.000 metros de altitud (Camperón, Urbión, Peña Negra, Cebollera) y fondos de valle sobre los 1.000 metros. En los Picos de Urbión (2.228 m.) tiene su nacimiento el río Duero. En las cotas más altas aparecen roquedos y canchales. La geomorfología de origen glaciar cuaternaria ha dado lugar a abundantes circos, morrenas, nichos de nivación y lagunas en las áreas más elevadas de las sierras de Urbión y Cebollera, destacando entre estas, la laguna Negra, de gran interés paisajístico, y las lagunas Cebollera, del Castillo de Vinuesa, Larga y Helada. El régimen de lluvias elevado de la zona y un ambiente fresco han facilitado el desarrollo de una vasta masa de pino silvestre o albar (Pinus sylvestris) que forman parte de una de las mayores extensiones boscosas de la península Ibérica. La vegetación en estas sierras se ordena en altitud según sus exigencias en humedad, sombra y resistencia al frío. De esta forma, los pisos inferiores, entre los 1100 m y 1400 m, pertenecen a los dominios del rebollo (Quercus pyrenaica); aunque aquí el pinar de albar mantiene su preponderancia ayudado por la mano del hombre, quedando el rebollo en el nivel arbustivo bajo las copas de pinos. En cotas superiores a los 1400 metros, en laderas umbrías con fuerte pendientes, aparece el haya (Fagus sylvatica) formando pequeños bosquetes o agrupada con el pino albar y otros árboles cerca de cortados rocosos o grandes pedregales. Por encima del dominio de rebollo y haya, aunque solamente en las faldas del pico Urbión y Castillo de Vinuesa, se sitúa el pino silvestre. Por encima de los pinares albares se presenta una pequeña mancha relicta de pino negro (Pinus uncinata) en el pico Castillo de Vinuesa que llega has los 2.050 m de altitud. Por encima de los 1800 m, los largos periodos de innivación, junto con los fuertes y fríos vientos, sólo permiten el desarrollo de matorral y pastizal adaptado a condiciones extremas, donde son frecuentes matorrales como el biércol (Calluna vulgaris), el enebro rastrero (Juniperus alpina) y el arándano (Vaccinium myrtillus), entre pastizales psicroxerófilos de alta montaña. Son de destacar las masas forestales de robledales y rebollares de la comarca de El Valle y del pie de la sierra de Cebollera, formadas por densas masas de rebollos, entre las que se intercalan corpulentos robles albares (Quercus petraea). En la sierra de la Carcaña se encuentran también quejigares y encinares que enriquecen el espectro bioclimático del Espacio. Además se encuentra incluido en el interior del Espacio, en la sierra de Montes Claros, el acebal de Garagüeta, uno de los mayores y mejores conservados bosques monoespecíficos de acebo de la península Ibérica. Estas sierras sirven de división entre la cuenca del Ebro y del Duero, naciendo el propio río Duero en las faldas del pico Urbión y destacando la importancia de los ríos Razón, Razoncillo, Tera, el propio Duero y el río Mayor en el Espacio, este último perteneciente a la cuenca del Ebro en Montenegro de Cameros. En los valles que forman los principales afluentes del Duero existen prados de siega, cultivos y pequeñas huertas, así como algunos tramos con bosque de ribera bien desarrollado.
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