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Nel territorio delle Colline delle Cerbaie si ha una grande biodiversità zoologica grazie all'alternarsi di aree collinari di latifoglie e aghifoglie, prati e pascoli, vallini umidi ed ombrosi con zone antropizzate, biotopi ed ecosistemi ben definiti, contigui e in relazione tra loro. Gli assetti e la composizione dei boschi hanno subito modificazioni, soprattutto con l'introduzione di nuove specie arboree quali la robinia. Benché tali trasformazioni a carico degli ecosistemi naturali siano avvenuti nel corso di secoli, esse hanno influito sulla composizione della popolazione animale. La documentazione relativa a questo territorio (gli Statuti comunali di Santa Maria a Monte e Fucecchio) ne fornisce alcune evidenze, come la maggiore presenza della selvaggina stanziale (il cervo e il capriolo, attualmente quasi scomparsi allo stato libero) e quella di mammiferi predatori come i lupi. Questi ultimi erano considerati nocivi per il bestiame allevato e quindi ne era incoraggiata la caccia. Numerosi toponimi ancora oggi ricordano la presenza del lupo, rimasto sulle Cerbaie sino al 1651, quando risulta sia stato catturato l'ultimo esemplare presso la cosiddetta "Fonte del Lupo".
=== Invertebrati ===
Tra i Molluschi ben note sono le chiocciole dei boschi (''[[Cepaea nemoralis]]'') e le lumache rosse o "limacce" (''[[Arion rufus]]'') che si nutrono di funghi, vegetali e di resti di piccoli animali. Nella lettiera di foglie e nel sottostante strato di humus vive un gran numero di piccoli organismi decompositori e detritivori: lombrichi, vermi nematodi, onischi (''[[Oniscus asellus]]'') e piccoli predatori quali opilioni o illitobio (''[[Lithobius forflcatus]]'').
Al di sopra della lettiera di foglie morte si trovano gli insetti fitofagi e xilofagi, tra cui gli scolitidi (''Scolytus sp.'', ''[[Tomicus destruens]]'') e i cerambici (''[[Cerambix cerdo]]'').
La fauna che vive nei punti più bassi dei vallini è maggiormente legata agli ambienti acquatici e palustri, poiché ci sono brevi corsi d'acqua che solcano i terreni delle Colline delle Cerbaie e i chiari, ovvero dei temporanei specchi d'acqua. La fauna invertebrata di questi luoghi è simile a quella delle zone umide di Fucecchio e di Bientina vicine ad essa: presenta insetti tipici delle zone ricche di acqua dolce come le libellule (''[[Aeshna]] sp.''), i ragni acquatici (''[[Dolomedes fimbriatus]]'') e quelli che vivono tra la vegetazione delle rive (''[[Argiope bruennichi]]'').▼
Nel corso dei secoli, il disboscamento delle Cerbaie ad opera dell'uomo ha determinato l'apertura di ampie zone pianeggianti, in parte coltivate ed in parte mantenute a pascolo o lasciate incolte. Questi luoghi aperti sono perfetti per la vita delle farfalle Vanessa (''[[Aglais io]]'', ''[[Vanessa cardui]]'', ''[[Vanessa atalanta]]''), del podalirio (''[[Iphiclides podalirius]]''), delle zigene (''[[Zygaena]] sp.''), ma anche alcune farfalle notturne comuni quali la sfinge del convolvolo (''[[Agrius convolvuli]]'') apprezzano questo ambiente. In mezzo ai prati e agli incolti è frequente osservare le caratteristiche montagnole di terra sollevate dalle talpe (''[[Talpa]] sp.'').▼
=== Vertebrati ===
Per quanto riguarda la fauna vertebrata delle zone umide ed ombrose del bosco sono presenti anfibi come la rana agile (''[[Rana dalmatina]]'') e il rospo comune (''[[Bufo bufo]]''). Nelle zone più asciutte ed assolate delle pinete sono troviamo i Sauri come il ramarro (''[[Lacerta viridis]]'') e gli Ofidi come la vipera (''[[Vipera aspis]]''). Tra gli anfibi tipici delle zone umide dei fondovalle sono da ricordare il tritone punteggiato (''[[Triturus vulgaris]]'') e quello crestato italiano (''[[Triturus carnifex]]'').
Negli ultimi anni, sulle Cerbaie, ha fatto la sua comparsa il gambero rosso della Louisiana (''[[Procambarus clarkii]]''), volgarmente detto "gambero killer", originario degli Stati Uniti centro-meridionali che in breve tempo ha portato alla totale scomparsa del più delicato gambero di fiume (''[[Austropotamobius pallipes]]''), al la rarefazione di numerosi invertebrati acquatici (es. ditischi ed idrofili) e di pesci e anfibi le cui uova ed i cui piccoli sono spesso prede di tale crostaceo. ''Procambarus clarkii'' ha sconvolto gli ecosistemi palustri causando anche la scomparsa di alcune piante idrofile.
=== Volatili ===
Numerosi sono anche gli uccelli che abitano nel bosco: la ghiandaia (''[[Garrulus glandarius]]''), il picchio verde (''[[Picus viridis]]'') ed il picchio rosso maggiore (''[[Picoides major]]''), l'upupa (''[[Upupa epops]]''), il cuculo (''[[Cuculus canorus]]'') e alcuni rapaci diurni quali il nibbio bruno (''[[Milvus migrans]]''), la poiana (''[[Buteo buteo]]''), il lodolaio (''[[Falco subbuteo]]''), lo sparviero (''[[Accipiter nisus]]'') e rapaci notturni come l'allocco (''[[Strix aluco]]''), il barbagianni (''[[Tyto alba]]''), la civetta (''[[Athene noctua]]'') ed il gufo comune (''[[Asio otus]]''), assai diffuso in passato tanto da ricorrere nei toponimi (ad es. Bosco dei Gufi). Da segnalare numerose specie di passo: i tordi bottaccio e sassello (''[[Turdus philomelos]]'' e ''[[Turdus iliacus]]''), i colombacci (''[[Columba palumbus]]''), la beccaccia (''[[Scolopax rusticola]]''), la tortora (''[[Streptopelia turtur]]'') e la tortora dal collare orientale (''[[Streptopelia decaocto]]''), di origine asiatica, largamente diffusa ed oggi nidificante.▼
==== Abitanti del bosco ====
▲Numerosi sono anche gli uccelli che abitano nel bosco: la ghiandaia (''[[Garrulus glandarius]]''), il picchio verde (''[[Picus viridis]]'') ed il picchio rosso maggiore (''[[Picoides major]]''), l'upupa (''[[Upupa epops]]''), il cuculo (''[[Cuculus canorus]]'') e alcuni rapaci diurni quali il nibbio bruno (''[[Milvus migrans]]''), la poiana (''[[Buteo buteo]]''), il lodolaio (''[[Falco subbuteo]]''), lo sparviero (''[[Accipiter nisus]]'') e rapaci notturni come l'allocco (''[[Strix aluco]]''), il barbagianni (''[[Tyto alba]]''), la civetta (''[[Athene noctua]]'') ed il gufo comune (''[[Asio otus]]''), assai diffuso in passato tanto da ricorrere nei toponimi (ad es. Bosco dei Gufi)
==== Abitanti del fondovalle ====
Numerosi uccelli popolano i fondovalle: limicoli di passo come il beccaccino (''[[Gallinago gallinago]]''), il martin pescatore (''[[Alcedo atthis]]'') e il rigogolo (''[[Oriolus oriolus]]''). Nei chiari si trovano varie specie di Anatidi come l'alzavola (''[[Anas crecca]]'') o il germano reale (''[[Anas plathyrhynchos]]'') spesso di transito verso le limitrofe zone umide del Padule di Fucecchio e del Padule di Bientina, il falco di palude (''[[Circus aeruginosus]]'') e le gallinelle d'acqua (''[[Gallinula chloropus]]'').
Sulle Cerbaie sono stati più volte avvistati uccelli appartenenti alla famiglia degli Ardeidi come l'airone cenerino (''[[Ardea cinerea]]''), la garzetta (''[[Egretta garzetta]]''), la sgarza ciuffetto (''[[Ardea ralloides]]'') e la nitticora (''[[Nycticorax nycticorax]]''); pochi anni fa, in una zona boscosa nei pressi del Padule di Fucecchio si è insediata una colonia di Ardeidi (cioè una "garzaia") con la contemporanea presenza nidificante di garzetta, sgarza ciuffetto, nitticora e dell'airone guardabuoi (''[[Bubulcus ibis]]''). Sebbene tutte queste specie di uccelli siano protette, il sito di nidificazione delle Cerbaie ha subìto più volte azioni di disturbo tali da indurle ad abbandonare la parte collinare per insediarsi definitivamente nella Riserva naturale del Padule di Fucecchio.
==== Specie di passo ====
Da segnalare numerose specie di passo: i tordi bottaccio e sassello (''[[Turdus philomelos]]'' e ''[[Turdus iliacus]]''), i colombacci (''[[Columba palumbus]]''), la beccaccia (''[[Scolopax rusticola]]''), la tortora (''[[Streptopelia turtur]]'') e la tortora dal collare orientale (''[[Streptopelia decaocto]]''), di origine asiatica, largamente diffusa ed oggi nidificante.
=== Mammiferi ===
Ricca la fauna presente, con numerosi esemplari di volpe, istrice, tasso e cinghiale. Vivono nei boschi anche alcune specie di serpenti tra cui l'innocua natrice dal collare e la velenosa vipera. È presente una popolazione piuttosto numerosa di upupe e gruccioni<ref name =cerb/>.
Tra i piccoli mammiferi è da segnalare la presenza di numerosi roditori e mammiferi alloctoni come la nutria (''[[Myocastor coypus]]''), e la minilepre (''[[Sylvilagus floridanus]]''), introdotta a scopo venatorio.
Tra gli Insettivori sono presenti: il toporagno (''[[Sorex araneus]]''), il mustiolo (''[[Suncus etruscus]]'') e il riccio (''[[Erinaceus europaeus]]'').
Tra i mammiferi di maggiori dimensioni non mancano i Carnivori predatori quali la volpe (''[[Vulpes vulpes]]''), la faina (''[[Martes foina]]''), la donnola (''[[Mustela nivalis]]'') e il tasso (''[[Meles meles]]''). Sono presenti anche i grandi ungulati: i cinghiali (''[[Sus scrofa]]''), i caprioli (''[[Capreolus capreolus]]''), i daini (''[[Dama dama]]'') e i cervi (''[[Cervus elaphus]]'').
Non sono invece più da tempo riscontrati i predatori di maggiori dimensioni come il lupo (''[[Canis lupus]]'') e l'orso bruno (''[[Ursus arctos]]'') riferito come ''mercanzia'' nello Statuto del Comune di Santa Maria a Monte del 1391 e sul quale era applicata una gabella.
▲La fauna che vive nei punti più bassi dei vallini è maggiormente legata agli ambienti acquatici e palustri, poiché ci sono brevi corsi d'acqua che solcano i terreni delle Colline delle Cerbaie e i chiari, ovvero dei temporanei specchi d'acqua. La fauna invertebrata di questi luoghi è simile a quella delle zone umide di Fucecchio e di Bientina vicine ad essa: presenta insetti tipici delle zone ricche di acqua dolce come le libellule (''[[Aeshna]] sp.''), i ragni acquatici (''[[Dolomedes fimbriatus]]'') e quelli che vivono tra la vegetazione delle rive (''[[Argiope bruennichi]]'').
▲Nel corso dei secoli, il disboscamento delle Cerbaie ad opera dell'uomo ha determinato l'apertura di ampie zone pianeggianti, in parte coltivate ed in parte mantenute a pascolo o lasciate incolte. Questi luoghi aperti sono perfetti per la vita delle farfalle Vanessa (''[[Aglais io]]'', ''[[Vanessa cardui]]'', ''[[Vanessa atalanta]]''), del podalirio (''[[Iphiclides podalirius]]''), delle zigene (''[[Zygaena]] sp.''), ma anche alcune farfalle notturne comuni quali la sfinge del convolvolo (''[[Agrius convolvuli]]'') apprezzano questo ambiente. In mezzo ai prati e agli incolti è frequente osservare le caratteristiche montagnole di terra sollevate dalle talpe (''[[Talpa]] sp.'').
== Centri abitati ==
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