El área posee una excepcional importancia botánica por albergar un amplio número de especies y comunidades eurosiberianas y orófilas, prácticamente únicas a escala regional. Varias de estas especies y comunidades son endemismos del Sistema Central.
La gran variedad climática que se encuentra en el territorio ocupado por la Sierra Norte de Guadalajara permite la existencia de formaciones boscosas naturales muy diversas, así como formaciones de ribereñas de interés asociadas a los cursos fluviales de gran importancia. Asimismo, también cabe destacar las formaciones de matorrales y los pastizales de estas sierras. Finalmente, hay que destacar, a su vez, el alto valor de las formaciones de vegetación rupícola, asociada principalmente a los crestones cuarcíticos, así como de flora de turberas ácidas, en ambos casos con presencia de un gran número de especies de flora protegida.
Todo el parque natura se encuentra incluida en la región biogeográfica Mediterránea, en la provincia corológica Mediterráneo-Ibérica-Occidental, subprovincia Carpetano-Leonesa, sector Ayllonense. La vegetación de la zona incluye un amplio número de comunidades silicícolas de los ámbitos supra, oro y criorotemplado en su variante submediterránea, y de ombroclima húmedo
Formaciones arbóreas y dehesas
Entre los bosques de especies eurosiberianas, los mejor representados son los hayedos, aunque en el área aparecen también puntualmente fragmentos relícticos de bosques mesófilos silicícolas como robledales albares, tejedas y acebedas. En este tipo de formaciones aparecen especies raras en el centro de la península Ibérica como hayas comunes, robles albares, fresnos comunes, avellanos comunes, serbales, acebos comunes, tejos negros, boneteros o cambrones. En elsotobosque encuentran refugio especies nemorales eurosiberianas como uvas de raposa o martagones, entre otros helechos.
En muchos casos se han visto casi diezmados por los incendios forestales y la sobreexplotación de que debieron ser objeto en el pasado. No obstante, en la zona existen amplias superficies donde todavía pueden constituir la vegetación potencial, algunas de las cuales actualmente están ocupadas por pinares de repoblación de pino silvestre.
Las comunidades relícticas de abedul y serbal de cazadores, junto al brezo blanco y la rosa silvestre, son de presencia muy fragmentaria por la reiteración de los incendios forestales en su área potencial, que suele marcar el límite altitudinal de la vegetación arbolada entre el suprasubmediterráneo superior y el orosubmediterráneo inferior bajo ombroclima húmedo.
Los rebollares de las zonas más internas del macizo de Ayllón aparecen en zonas de clima suprasubmediterráneo húmedo. Incluyen un apreciable número de especies nemorales eurosiberianas, como Melampyrum cristatum o Prunella grandiflora. Los rebollares de ombroclima subhúmedo están situados en posiciones más externas y secas que los anteriores y más pobres en especies de interés.
Los quejigares basófilos, propios de la banda mesozoica que rodea al núcleo silíceo paleozoico, se consideran de protección especial los aspectos más umbrosos de los mismos en los que son abundantes especies como el arce de Montpellier, el avellano común, el tejo negro o la Melica uniflora.
Entre los encinares, propios de zonas con ombroclima subhúmedo-húmedo, con una singular composición florística única en todo el Sistema Central en la que además de los brezos que forman parte de sus etapas seriales, aparecen especies nemorales mesófilas como la germandrina de bosque o la Luzula forsteri. Los encinares silicícolas están en general presentes en forma arbustiva como consecuencia de la explotación ancestral para el carboneo y actualmente en recuperación, y aparecen en las zonas más secas con ombrotipos subhúmedo inferior y seco. Entre los encinares basófilos supramediterráneos, de la banda calcárea periférica, tiene presencia frecuente de la sabina albar.
Los pinares naturales de pino albar se reatringen a la sierra de Alto Rey y, explotados desde antiguo, representan una singularidad botánica del extremo oriental delSistema Central. Además de las especies turfófilas asociadas a estos últimos, en otras zonas pueden aparecer frambuesos, gatiñas o Athyrium filix-femina, y en determinadas umbrías de los mismos aparecen comunidades megafórbicas de montaña, con acónitos comunes o Narcissus pseudonarcissus.
Además exiten en el territorio amplias superficies ocupadas por pinares de repoblación, en general de bajo valor, pero que en ocasiones presentan en el sotobosque hábitat de protección especial y especies amenazadas.
Matorrales y arbustos
El tomillo florece en primavera en muchos lugares del parque natural.
Son muy abundantes en el parque natural los piornales y brezales oromediterráneos, los enebrales y piornales orófilos y rupícolas, los piornales de montaña conhiniesta. En el orosubmediterráneo son tenidos por comunidades clímax. Estos piornales de óptimo carpetano son endémicos del Sistema Central y ocupan apreciables extensiones. Contienen especies de interés como la genciana amarilla.
Entre los brezales oromediterráneos o de ombroclima húmedo se pueden distinguir gayubares con brezos y estepas, brezo rojo y brezales con enebros yarándanos.
Los piornales y brezales de ombroclima húmedo con codeso son endémicos del Sistema Central y aparecen como orla forestal y etapa de sustitución deabedulares y robledales húmedos.
Los enebrales arborescentes se desarrollan sobre una variedad de matorrales, desde jarales a brezales y gayubares.
Los matorrales pulvinulares espinosos aparecen en la banda mesozoica periférica, sobre los litosuelos y en los claros que dejan sabinares y encinaressupramediterráneos.
Por su parte, el jaral y el brezal de Erica scoparia son matorrales con gran diversidad florística y con importantes recubrimientos de gayuba, con importancia paisajística y de protección frente a la erosión, frecuentes como etapas seriales de encinares ayllonenses y robledales húmedos.
Entre los zarzales y las arbustedas espinosas silicícolas de gran diversidad, en las que aparecen numerosas rosáceas y otras especies entre las que destacan el manzano silvestre, el espino cerval,Ornithogalum pyrenaicum, el avellano común o el arce de Montpellier.
Los matorrales gipsófilos aparecen sobre suelos profundos desarrollados sobre yesos y margas yesíferas, en la zona periférica de la sierra de Ayllón, dentro de la serie de vegetación del quejigo, con un marcado interés biogeográfico al representar irradiaciones extremas desde su área principal de distribución.
Además de estos tipos de matorrales protegidos, en la zona aparecen también comunidades de menor interés como jarales de jara pringosa y cantuesares, jarales de jara estepa, piornales silicícolas,retamares silicícolas, arbustedas esclerófilas de coscoja, retamar-aliagar, aliagar-esplegar-tomillar y rosaledas basófilas.
Prados, pastizales y herbazales
En reducidas extensiones entre los 2100 y los 2200 msnm del parque natural aparecen pastizales psicroxerófilos criorosubmediterráneos. Tienen carácter clímax y contienen especies orófilas endémicas de gran interés como Minuartia recurva, Silene ciliata, Armeria caespitosa, Luzula hispanica, Veronica fruticans, Hieracium vahli, Phyteuma hemisphaericum o Jasione crispa. En las áreas sujetas a prolongada innivación del entorno del lobo aparecen muy puntualmente comunidades quionófilas de la alianza Mucizonion sedoidis, con la rara Sedum candolleanum.
Sobre cuerdas y collados ventados aparecen también pastizales psicroxerófilos oromediterráneos silicícolas.
Existe una amplia diversidad de cervunales a causa de la gran variación altitudinal y geográfica en la que aparecen, como los alpinizados, los húmedos, los ripícolas, los cervunales supra-submediterráneosy los cervunales con aliaga. En ellos encuentran refugio un buen número de especies raras y escasas como Botrychium lunaria, Meum athamanticum, Selinum pyrenaeum, Campanula hermini, Carex echinata, Genista anglica o Spiranthes spiralis.
Los prados de diente, asociados a las prácticas ganaderas tradicionales, se asientan sobre lugares con cierta compensación edáfica y suelen tener una importante diversidad de especies pratenses entre las que destacan numerosas orquídeas y otras especies de interés como Ajuga rotundifolia y Prunella grandiflora.
Los prados de siega higrófilos están ligados a actividades ganaderas tradicionales y, por lo tanto, tienen un grave riesgo de desaparición. En ellos aparecen especies notables como Dactylorhiza maculata,Astrantia major, Alchemilla xanthochlora, Filipendula ulmaria, Prunella grandiflora, Sanguisorba officinalis, Iris latifolia, Gymnademnia conopsea, Stachys sylvatica, Stachys alpina y algunas otras procedentes de las comunidades megafórbicas con las que suelen coexistir. En prados de siega calcícolas aparecen Dactylorhiza elata, Sanguisorba officinalis, Fritillaria pyrenaica, Pedicularis schyzocalix yGeum nivale.
Los majadales de Poa bulbosa están asociados a un pastoreo intensivo sobre suelos secos, con gran diversidad florística y un elevado valor ganadero.
Las comunidades megafórbicas de montaña, propias de ambientes subalpinos, se presentan finícolas en la zona. Contienen especies de gran valor como Aconitum napellus, Aconitum vulparia, Angelica sylvestris, Astrantia major, Epilobium angustifolium, Lilium martagon, Paris quadrifolia, Ranunculus aconitifolius, Scrophularia alpestris, Stachys sylvatica y Streptopus amplexifolius, y las orófilas Doronicum carpetanum, Polygonum alpinum y Gentiana lutea.
Los juncales higroturbosos, prados higrófilos de Molinia caerulea y herbazales higrófilos de Juncus effusus y de Blysmus compressus son propios de humedales con diferentes grados de encharcamiento. Representan hábitas raros y escasos y entre ellos aparecen especies amenazadas como Blysmus compressus, Carex binervis, Carex disticha, Carex echinata o Elocharis multicaulis.
Además de estos prados y pastizales, en la zona se pueden observar también otros de menor interés como juncales silicícolas, vallicares, tomillares silicícolas, fenalares y pastizales anuales.
Comunidades rupícolas y glerícolas
Entre las comunidades rupícolas en el orosubmediterráneo y crioro-submediterráneo tienen gran interés las comunidades orófilas con Alchemilla saxatilis (IE) yVeronica fruticans, entre otras. En los escarpes asociados a aparatos glaciares estacionalmente húmedos por el deshielo aparece puntualmente el raro Allium shoenoprasum subsp. latiorifolii. En niveles altitudinalmente inferiores existen comunidades dominadas predominantemente por helechos rupícolas, además de las comunidades heliófilas de dedaleras y clavel de roca. En roquedos umbrosos supra-submediterráneos aparecen más localizadas algunas comunidades de Sedum hirsutum con Saxifraga fragosoi.
Sobre los roquedos calcáreos o calcodolomíticos de la banda mesozoica periférica aparece la asociación antirrhino pulverulenti-rhamnetum pumili, en la que destaca Rhamnus pumilus y en los que ocasionalmente aparece Centranthus lecoquii. Al pie de los roquedos y en canales umbrosos entre estos aparecen poblaciones de Coronilla glauca.
Aparecen también comunidades glerícolas de montaña, asociadas a los ámbitos glaciares (morrenas) y periglaciares (canchales y gleras). Entre grandes bloques rocosos del oro-submediterráneo y niveles superiores del supra-submediterráneo están presentes comunidades dominadas por el pteridófito Cryptogramma crispadonde pueden aparecer también Doronicum carpetanum y frambuesos, entre otros. Las gleras oro-submediterráneas están ocupadas por comunidades dededaleras, en las que aparecen Digitalis purpurea subsp. carpetana y Senecio pyrenaicus subsp. carpetanus, y apareciendo en algunos enclaves particularmente sombríos la rara Poa cenisia subsp.fontqueri. En gleras terrosas también aparece, muy escaso, Rumex suffruticosus. En los numerosos canchales supra-submediterráneos aparecen puntualmente comunidades integradas por diferentes helechos como Asplenium adiantum-nigrum o Polypodium vulgare
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