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La singularidad de Doñana se debe a la gran diversidad de paisajes y especies que alberga. Además de la marisma, ecosistema que se caracteriza por su gran biodiversidad y su aspecto cambiante, existe un conjunto de ecosistemas excepcionales que confluyen aquí: la playa, las dunas móviles y los corrales; el monte con sabinares, alcornocales y pinares, englobados bajo la denominación local de "cotos", con numerosas lagunas dispersas entre la vegetación y una zona de transición que enlaza y separa a todos, la vera.
La marisma es el mayor ecosistema en extensión del Parque, unas 27.000 ha, y el que otorga a este espacio una personalidad inconfundible. Es una zona húmeda de extraordinaria importancia como lugar de paso, cría e invernada de aves europeas y africanas.
Se inunda gracias al aporte de algunos arroyos y a las aguas de lluvia, lo que hace que presente una estacionalidad muy marcada.
En otoño, la marisma se encharca con las primeras lluvias y en invierno se va inundando progresivamente a medida que se incrementan las lluvias; en primavera, la superficie del agua se ve cubierta por las flores de los ranúnculos y grandes extensiones de castañuela y bayunco. En verano, la marisma es un desierto de arcilla rota y polvorienta. A pesar de la ausencia de relieves significativos, pequeños desniveles condicionan la existencia de diversos hábitats en el ecosistema marismeño.
El golfo que originaba la desembocadura del Guadalquivir estaba surcado por pequeños encauzamientos o por desviaciones temporales seguidas por el curso principal. Los caños son lo que antaño fueran cauces de arroyos, brazos y afluentes del río. Hoy están cubiertos de eneas (Typha latifolia) y carrizos (Phragmites australis), en los que se ocultan carpas (Cyprinus carpio), ranas (Rana perezi), gallipatos (Pleurodeles waltl), galápagos leprosos (Mauremys leprosa), galápagos europeos (Emys orbicularis), calamones comunes (Porphyrio porphyrio), avetorillos comunes (Ixobrychus minutus), martines pescadores (Alcedo atthis), etc.
Las vetas y vetones son terrenos que se elevan por encima del nivel medio, formando pequeñas islas que raramente se inundan. Son lugares de descanso y refugio durante las grandes inundaciones, y área de nidificación muy importante de larolimícolas, que forman grandes colonias, compuestas por cigüeñuelas (Himantopus himantopus), avocetas (Recurvirostra avosetta), canasteras comunes (Glareola pratincola), chorlitejos patinegros (Charadrius alexandrinus), avefrías europeas (Vanellus vanellus), pagazas piconegras (Gelochelidon nilotica) , charrancitos comunes (Sternula albifrons) y gaviotas picofinas (Chroicocephalus genei). A menudo era el lugar que escogían ganaderos, guardas y pescadores para instalar sus casas o chozas.
Los paciles son amplias superficies ligeramente más bajas que vetas y vetones, que se encharcan ocasionalmente, y en las que conviven almajos con otras plantas halófilas, aquéllas adaptadas a hábitats con gran cantidad de sales. Muchas especies animales establecen aquí sus territorios de cría, como la cigüeñuela común (Himantopus himantopus) , la canastera común (Glareola pratincola) y el chorlitejo patinegro (Charadrius alexandrinus).
Los ojos de la marisma son surgencias de agua, fuentes naturales por las que afloran aguas dulces almacenadas a mucha profundidad. Aparecen en puntos cercanos a los bordes de la marisma, y para muchos animales se convierten en un recurso para calmar la sed en épocas de sequía o en verano.
En las zonas más alejadas de las aguas, la vegetación se aferra a un suelo inestable y seco, formando pequeños obstáculos que serán el origen de las dunas vivas: alhelí de mar (Malcomia littorea), nardo marino (Pancratium maritimum), cardo marino (Eryngium maritimum), lechetrezna de mar (Euphorbia paralias). Sólo en su parte alta, más estable, aparece una vegetación característica con Ammophila arenaria, Agropyrum junceum, Carex arenaria y otras.
Como compendio y origen de todo, la playa sigue recogiendo las arenas traídas por el mar y el viento que hace 6.000 años cerraron el estuario del Guadalquivir, depositándose como bajos y flechas a lo largo de toda la costa. La intensa dinámica costera modifica incesantemente el perfil de las playas.
En las zonas de la playa más alejadas de las aguas, la vegetación se aferra a un suelo inestable y seco, formando pequeños obstáculos que serán el origen de las dunas vivas: alhelí de mar (Malcomia littorea), nardo marino (Pancratium maritimum), cardo marino (Eryngium maritimum), lechetrezna de mar (Euphorbia paralias). Solo en su parte alta, más estable, aparece una vegetación característica con el barrón (Ammophila arenaria), Agropyrum junceum, Carex arenaria y otras.
El fondo marino inmediato a la playa presenta praderas de Cymodocea nodosa y probablemente Zostera noltii, con abundantes lamelibranquios y gasterópodos en los fondos blandos.
En la orilla aparecen grandes bandos de gaviotas sombrías (Larus fuscus), que acompañan a las gaviotas patiamarillas (Larus cachinanns), gaviotas picofinas (Larus genei), y a los ostreros (Haematopus ostralegus), correlimos (Calidris spp.), charranes patinegros (Sterna sandvicensis), charrancitos (Sterna albifrons) y chorlitejos patinegros (Charadrius alexandrinus).
Junto a la playa encontramos los primeros corrales, bosquetes de vegetación “encerrados “ entre los cordones de dunas. Estos primeros corrales, más cercanos al mar, aparecen ocupados por un matorral de clavelinas (Armeria pungens) y siemprevivas (Helichrysum picardii), que ofrecen un manto rosado durante la primavera. Más al interior, los pinares colonizan el corral, dejando en ocasiones pequeñas lagunas temporales, con junqueras (Juncus spp.), matas de adelfas (Nerium oleander) y matorrales de camarinas (Corema album). Las zonas más deprimidas son ricas en Scirpus holoschoenus, Agrostis stolonifera, Mentha pulegium, Anagallis tenella, etc.
En las dunas móviles aparecen el enebral costero (Juniperus oxycedrus subsp. macrocarpa) y el barrón (Ammophila arenaria).
Los cotos o zonas de matorral representan una etapa intermedia del ecosistema terminal y maduro de bosque mediterráneo.
Desde el punto de vista paisajístico, los cotos cambian poco durante el año, y los animales son difíciles de ver (falta la espectacularidad de las aves marismeñas), aunque presenta elementos propios de gran interés, como ungulados de gran tamaño, ciervo (Cervus elaphus) y jabalí (Sus scrofa) y grandes predadores como el lince ibérico (Lynx pardinus) y el águila imperial ibérica (Aquila adalberti).
La vegetación de estos parajes está formada por un matorral espeso de composición heterogénea con pies dispersos de alcornoque (Quercus suber), sabina (Juniperus phoenicea subsp. turbinata), madroño (Arbutus unedo), acebuche (Olea europaea var. sylvestris), labiérnago (Phillyrea angustifolia) y pino piñonero (Pinus pinea).
El matorral está formado por una treintena de especies leñosas que se incluyen en dos grandes tipos:
En estas zonas viven alrededor de 80 especies de vertebrados, la mitad de las cuales son aves. Entre ellas, destacamos algunas sedentarias como el águila imperial ibérica (Aquila adalberti), la culebrera europea (Circaetus gallicus), el pito real (Picus viridis), la curruca rabilarga (Sylvia undata), la curruca cabecinegra (Sylvia melanocephala), el milano negro (Milvus migrans), el alcaraván común (Burhinus oedicnemus), el críalo (Clamator glandarius), el abejaruco común (Merops apiaster), el alcaudón real (Lanius excubitor), el petirrojo (Erithacus rubecula), etc.
Entre los mamíferos, junto al lince ibérico (Lynx pardinus) y al meloncillo (Herpestes ichneumon), podemos observar zorro (Vulpes vulpes), tejón (Meles meles), jabalí (Sus scrofa), ciervo (Cervus elaphus), liebre (Lepus granatensis) y lirón careto (Elyomis quercinus). Los anfibios están representados por el sapo de espuelas (Pelobates cultripes) y los reptiles por la culebra bastarda (Malpolon monspessulanum), culebra viperina (Natrix maura), culebra de collar (N. natrix), lagartija colirroja (Acanthodactylus erytrurus) y tortuga mora (Testudo graeca).
Rompiendo la línea continua del horizonte del matorral observaremos pequeños bosquetes de pinos piñoneros, con un sotobosque formado por lentisco (Pistacia lentiscus), labiérnago (Phillyrea angustifolia) y escobón (Cytisus grandiflorus). En ellos nidifican el milano real (Milvus milvus) y el milano negro (Milvus migrans), el aguililla calzada (Hieraaetus pennatus), el críalo (Clamator glandarius), el cernícalo (Falco tinnunculus) y el busardo ratonero (Buteo buteo), y son visitados asiduamente por ginetas (Genetta genetta) y meloncillos (Herpestes ichneumon).
El contacto del matorral de los cotos con la marisma se hace a través de una franja de 200 a 1.500 m de anchura denominada "vera", que corresponde a un ecotono de gran riqueza ecológica. Es el límite entre las arcillas y las arenas. En esta estrecha franja, en la que coinciden especies vegetales y animales de uno y otro ambiente, aflora la humedad filtrada por las arenas, favoreciendo el crecimiento de junqueras y pastizales.
En un nivel inferior, se desarrollan pastizales asentados sobre un substrato arenoso y seco. El pasto es pobre y dominado por Rumex bucephalophorus, que le confiere una notable coloración rojiza. Junto a esta especie suelen aparecer Plantago coronopus, Erodium cicutarium, Vulpia membranacea y Urginea maritima, especie geófita de mayor porte.
En estos pastos, el abejaruco común (Merops apiaster) excava sus nidos sobre la superficie del suelo. Además, son frecuentes los conejos (Oryctolagus cuniculus), los gamos (Dama dama) y las avefrías europeas (Vanellus vanellus).
A un nivel aún más inferior, pero más cercano a la marisma, se desarrolla un pasto rico en especies vegetales, dominado por el gamón (Asphodelus aestivus) y acompañado por Trifolium subterraneum, Ornithopus pinnatus, O. roseus, Agrostis stolonifera, Tolpis barbata, Briza minor y otras.
A un nivel más inferior, donde el encharcamiento invernal es patente, aparece una vegetación compuesta por Senecio jacobaea, Trifolium resupinatum, Ranunculus bulbosus, Cynodon dactylon, Juncus capitatus y J. bufonius.
El límite de la marisma está formado por una banda espesa de juncos (Juncus acutus, J. maritimus, J. effusus, J. conglomeratus y Scirpus holoschoenus).
El pastizal más húmedo es utilizado por la lavandera boyera (Motacilla flava), la codorniz (Coturnix coturnix), el topillo (Microtus duodecimcostatus), la rata común (Rattus norvegicus), el sapo de espuelas (Pelobates cultripes) y el gallipato (Pleurodeles waltl). El majadeo más intenso del pastizal se debe, sin embargo, a conejos (Oryctolagus cuniculus), gamos (Dama dama), ciervos (Cervus elaphus) y jabalíes (Sus scrofa).
La presencia de alcornoques, restos de bosques antiguos, en el matorral inmediato a la vera confiere a este enclave características excepcionales, pues son las perchas donde se asentarán grandes colonias de aves.