La vegetación evidencia la diversidad climática de la comunidad, la diversidad de su relieve y la acción humana. Las encinas son los árboles más extendidos en todas las provincias. Los enebros y las sabinas —en los páramos de Soria y Burgos— eran las especies arbóreas preponderantes, sustituidas actualmente, en gran parte, por robles —Parque nacional Picos de Europa (León), Reserva nacional de Caza de Riaño (León) y Reserva nacional de Caza de Fuentes Carrionas (Palencia)—, alcornoques y encinas en las dehesas salmantinas, así como castaños, hayas y especialmente pinos silvestres —sierra de Guadarrama y sistema Ibérico— y pinos piñoneros —Tierra de Pinares, en la campiña vallisoletana—. Los bosques han visto sucesivamente reducida su prolongación y su debilitamiento ha generado el surgimiento de las dehesas. Los matorrales —jaras, brezos y escobonares— cubren una cuarta parte del territorio.
El alcornoque prefiere los suelos silíceos, sueltos y arenosos. Se asocia con quejigos y encinas en zonas adehesadas, como las existentes en la provincia castellano-leonesa de Salamanca. El destacado aprovechamiento del alcornoque es la obtención del corcho; las bellotas se emplean como alimento para el ganado porcino.
Las distinciones de relieve y vegetación entre unas zonas y otras marcan la diversidad de la fauna. El zorro, el gato montés y las ovejas abundan en la holgada llanura esteparia; el toro bravo de lidia se encuentra en las dehesas salmantinas; los ciervos, corzos y urogallos habitan en las montañas del norte; las sierras del noroeste son los dominios del lobo; y, por último, la cordillera Central es el hábitat del águila real y del buitre leonado, del que en las montañas segovianas hay una de las más importantes colonias de Europa.
El zorro rojo o zorro común presente en Castilla y León se despliega por las comarcas agrícolas y ganaderas más llanas de la submeseta Norte, pues las granjas existentes conforman una fuente continua de alimento, especialmente de roedores, su dieta destacado. A pesar de la tendencia a vivir cerca de los núcleos de población, las tradiciones sigilosas y esquivas del zorro hacen que pase inadvertido. Todo ello ha generado que el zorro se haya inmortalizado en el folclore y en copiosas fábulas como símbolo de la sagacidad y la inteligencia.
En cuanto a recursos naturales, la riqueza minera leonesa de otras etapas —hierro, estaño y tungsteno (volframio)— hoy en día está en regresión; igualmente pasan impedimentos las explotaciones de hulla y antracita. Son apenas las extracciones de granito y pizarra las que siguen siendo rentables. La región produce más del 20% de la energía eléctrica española gracias al complejo hidroeléctrico ubicado en los Arribes del Duero.
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