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Per quanto riguarda le specie arboree presenti alle Cerbaie quelle di maggior interesse naturalistico sono:
*''[[Abies alba]]'' (abete bianco) presente alle Forre con esemplari annosi, ma anche con un abbondante novellame. Sembra introdotto dai Medici come specie forestale, ma i dati relativi allo studio dei pollini fossili delle vicine paludi di Fucecchio e di Sibolla dimostrano la presenza di altre specie di abete nel tardo pleistocene .
*''[[Alnus glutinosa]]'' (ontano nero) trova nei vallini più ricchi d'acqua. L'ontano nero forma ampi gruppi caratteristici, ma a causa delle coltivazioni intensive alcune importanti ontanete sono state in gran parte distrutte.
*''[[Castanea sativa]]'' (castagno) era coltivato in ampie zone; attualmente si trova associato ad altre caducifoglie e al pino marittimo.
*''[[Pinus pinaster]]'' (pino marittimo). Esso risulta anche autoctono, ma attualmente la sua presenza è legata all'attività dell'uomo, poiché era utilizzato per la realizzazione degli alberi maestri delle navi e per la produzione di gomma dalla sua resina. Recentemente è stato attaccato dalla [[Cocciniglia]] che ne ha ridotto la presenza o causato - in alcune zone - la scomparsa.
*''[[Pinus sylvestris]]'' (pino silvestre). La presenza dei pochi pini silvestri in quest'area è in parte dovuta a rimboschimenti medicei - come nel caso dell'abete bianco - e in parte a relitti di antiche popolazioni autoctone documentate dal ritrovamento di pollini fossili.
*''[[Populus nigra]]'' (pioppo nero). La sua presenza è legata agli ambienti umidi, ma è poco frequente; questa specie è in netto regresso a causa della forte erosione genetica legata alla diffusione delle cultivar e degli ibridi con [[Populus deltoides]].
*''[[Quercus petraea]]'' (rovere). È fra le querce maggiormente rappresentate alle Cerbaie e costituisce uno dei principali elementi della copertura arborea. Sono presenti anche ibridi fra cui rovere e roverella.
*''[[Ulmus minor]]'' (olmo). Questa specie è diventata poco frequente a causa di una malattia crittogamica, la [[Grafiosi]], che ha depauperato le sue popolazioni.
*''[[Viburnum tinus]]'' (lentaggine). Nelle zone caldo-aride e con clima tropicale queste fanerofite sono censite in 52 esemplari, mostrando la notevole biodiversità floristica di queste colline. La loro presenza è giustificata dal fatto che, nelle Cerbaie, gli ambienti sono ecologicamente ben differenziati: vi si trovano ambienti sia termofili, sia freschi e ricchi d'acqua.
Sono presenti anche diverse altre piante di interesse:
*''[[Drosera rotundifolia]]''. È una pianta insettivora di piccole dimensioni e la sua presenza sulle Cerbaie, come nel resto della Toscana, è sempre in relazione allo [[Sphagnum]] (Sfagno), un muschio che costituisce il substrato acido indispensabile per la sua sopravvivenza. In questa zona, la Drosera rotundifolia è da considerarsi un relitto microtermo glaciale, arrivato durante periodi freddi e sopravvissuto in piccole stazioni con microclima ancora adatto alle sue esigenze vitali. È segnalata sulle Cerbaie e menzionata per gli aggallati del laghetto di Sibolla, ma è presente anche nel vallino di Rio San Martino, dove cresce nelle torbiere a sfagno. Gli individui ritrovati non sono la sottospecie tipica ma sono riconducibili alla D. rotundifolia subsp. corsica Maire, descritta per il [[Lago di Creno]] in [[Corsica]], in cui è estinta; le Cerbaie rimangono quindi l'unico luogo noto dove è presente questa sottospecie.
*''[[Potamogeton polygonifolius]]''. Le stazioni toscane sono le uniche pianure note in Italia dove esso è presente. Questa specie trova il suo habitat nelle piccole pozze d'acqua nelle torbiere a sfagno ed è un relitto atlantico, giunto durante i periodi interglaciali o postglaciali a clima oceanico.
*''[[Gentiana pneumonanthe]]''. Attualmente presente nelle regioni fredde dell'Eurasia, in Toscana è segnalata sulle colline di Montecarlo di Lucca, sui Monti Pisani con pochissimi esemplari e in alcuni vallini delle Cerbaie.
*''[[Osmunda regalis]]''. È una specie rara distribuita su due zone non contigue: atlantica e oceanica. Sulle Cerbaie è presente in abbondanza nelle sfagnete; è un relitto del periodo termofilo terziario, sceso durante periodi di clima più caldo e più umido. Durante le glaciazioni la sua presenza si è ridotta notevolmente, localizzandosi unicamente nelle zone umide di pianura o di bassa collina.
La presenza congiunta sulle sfagnete delle Cerbaie di ''Osmunda regalis'', ''Drosera rotundifolia'' e ''Potamogeton polygonifolius'' costituisce un fatto insolito di grande interesse, poiché queste hanno esigenze climatiche diverse. I muschi delle sfagnete riescono però a creare microclimi particolari, adatti alla loro sopravvivenza. Sulla superficie dello sfagno, infatti, si registrano modeste escursioni termiche, alta umidità e temperature estive non molto elevate: ciò giustifica la presenza di un relitto microtermo come la ''Drosera rotundifolia''. Contemporaneamente si registrano temperatura e umidità superiori al di sopra del livello della sfagneta e queste condizioni permettono la vita ad un relitto termofilo terziario come ''l'Osmunda regalis''. Invece nell'acqua si registra una stabilità termica superiore e questo permette la vita di ''Potamogeton polygonifolius''.
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