Il parco si estende sul crinale appenninico tosco-romagnolo per una superficie di 36.426 ettari, 18.696 dei quali sono compresi nel versante romagnolo. Ospita un patrimonio boschivo fra i più estesi e meglio conservati d'Italia. Dell'ampia area protetta tra le province di Forlì-Cesena, Arezzo e Firenze, fanno parte le Valli romagnole del Montone, del Rabbi e la Valle del Bidente, con i suoi tre rami di Corniolo, Ridracoli e Pietrapazza che si congiungono poco a monte di Santa Sofia.
Il versante toscano, oltre ad una piccola parte dell’Alta Val di Sieve, comprende il Casentino, territorio che abbraccia l'alta Valle dell'Arno, le cui sorgenti sgorgano dalle pendici meridionali del monte Falterona, la cima più alta del parco assieme al monte Falco. Ricoprono il cuore del parco le Foreste Demaniali Casentinesi, antico complesso forestale, dotato di una straordinaria ricchezza faunistica e floreale. Fra solenni abeti, freschi ruscelli e suggestive cascate, si respira la mistica atmosfera di luoghi come Camaldoli e La Verna che hanno accolto grandi personaggi di fede e di pensiero. Cantarono questi paesaggi letterati come Dante e Ariosto, vi si ritirarono uomini di profonda spiritualità come San Romualdo e San Francesco.
Flora
Attraversando le zone collinari del parco fino ad 800 m circa, si incontrano boschi composti da diverse specie arboree: il carpino nero e il carpino bianco, l'orniello, il cerro, l'acero campestre e l'acero opalo, il sorbo domestico, il ciavardello e limitati piccoli nuclei di castagni. Gli arbusti sono rappresentati in prevalenza dal maggiociondolo, il biancospino, il corniolo e il sanguinello, e lungo i corsi d'acqua, dal nocciolo e dai salici. Nel sottobosco risaltano le graziose fioriture degli ellebori, le primule, le viole, la polmonaria e l'anemone dei boschi.
Superati gli 800-900 m e fino ai 1.200 m, il paesaggio del parco ha saputo conservare la tipica associazione dei boschi appenninici, altrove ormai rara, rappresentata dal faggio e dall'abete bianco, affiancati dalle altre maestose presenze dei tigli, l'acero di monte e l'acero riccio, il frassino maggiore e l'olmo montano. Le praterie caratterizzano infine la vegetazione delle alte quote, con una compatta presenza di brughiere a mirtillo. Il parco ospita inoltre l'unica stazione appenninica di Tozzia alpina, situata lungo i ruscelli delle faggete vicine al crinale.
 
Fauna
Il Parco Nazionale delle Foreste Casentinesi, Monte Falterona e Campigna possiede un interessante patrimonio faunistico, con ogni probabilità il più ricco e diversificato dell'Appennino settentrionale. Tra i mammiferi, il lupo trova qui le condizioni favorevoli per una presenza stabile e continua, assieme a ben quattro ungulati: il cinghiale, il cervo, il capriolo e il daino. I roditori legati agli ambienti forestali sono il topo selvatico dal collo giallo, il ghiro e lo scoiattolo, mentre fra i carnivori di piccole dimensioni si registra la presenza della faina, della donnola, del tasso, della puzzola e della volpe.
Il parco ospita inoltre un elevato numero di uccelli, la maggior parte dei quali popolano le aree forestali: la capinera, il fringuello, lo scricciolo, il merlo, il pettirosso, la cincia mora, il regolo, il tordo bottaccio, la tordela, il colombaccio e il rampichino alpestre. Non mancano infine nella avifauna i rapaci, come lo sparviero, il gheppio, la poiana, il falco pecchiaiolo, l'aquila, astore, gufo reale, falco pellegrino, e le specie tipiche delle praterie, degli arbusteti e dei pascoli. Anche rettili ed anfibi trovano nel parco le condizioni adatte alla loro sopravvivenza, in particolare la salamandra pezzata, urodelo non comune sull'Appennino, presente invece qui nella zona delle faggete, la rana italica e la salamandrina dagli occhiali, anfibi endemici italiani.
 
Museo all'aria aperta
Le terre del parco, oltre ad offrire una natura ospitale, comprendono anche graziosi centri abitati che hanno saputo conservare intatte nel tempo le proprie tradizioni storiche e i propri gioielli naturali. Posta lungo la E45, Bagno di Romagna è il centro montano più importante della Valle del Savio. Il nome latino della cittadina, "Balneum" testimonia la sua antica fama di località termale. Tra gli edifici dell'antico impianto urbanistico, meritano una visita la Basilica di Santa Maria Assunta di origine romanica e i palazzi della Via Fiorentina tra cui risalta in particolare quello del Capitano. Lasciata Bagno di Romagna si raggiunge la suggestiva Valle di Pietrapazza e Poggio alla Lastra. In alternativa si può godere del piccolo comune di Premilcuore nell'alta Valle del Rabbi, che conserva ancora nel suo centro storico l'originario aspetto medievale, con i resti della Rocca, la Porta Fiorentina, il Palazzo Briccolani, l'Oratorio di San Lorenzo.
Da non perdere inoltre la Pieve di San Martino in Alpe, il Molino e il borgo di Castel dell'Alpe, l'Oratorio del Mogio, il borgo di Fiumicello. Sede della Comunità del Parco, Santa Sofia è un importante centro della Valle del Bidente. L'intero impianto urbanistico della cittadina presenta elementi di interesse storico-architettonico, tra i quali risaltano il Palazzo Giorgi e la Chiesa di Santa Lucia. Nei dintorni si possono visitare il borgo di Corniolo con il settecentesco Oratorio della Beata Vergine della Crocetta e Corniolino.
Di notevole interesse anche il Giardino Botanico di Valbonella e la località di Campigna che, con l'omonima foresta, è una delle emergenze più note del parco. Un altro paese del versante romagnolo è Tredozio, situato sul fondovalle del Tramazzo, dove si possono vedere la Torre civica, la Chiesa della Compagnia del SS. Sacramento, il Palazzo Fantini, la Chiesa di San Michele Arcangelo, il Convento della SS. Annunziata e i bei palazzi del '600-'700. Nei dintorni di Tredozio si incontrano le località di Gamogna e Trebbana, Santa Maria in Castello, il lago di Ponte e la Fonte del Bepi. La storia di San Benedetto in Alpe si associa al nome di San Romualdo che qui si recò due volte nel 1004 e nel 1021. Dell'originario monastero, che fu una delle più potenti abbazie dell'Appennino toscoromagnolo, rimangono la cripta, la torretta difensiva, un portale ad arco e parte delle mura esterne.
Non lontano da San Benedetto in Alpe, si incontra la famosa cascata dell'Acquacheta, di dantesca memoria (XVI Canto dell’Inferno). In questi luoghi infatti, dove il Fosso Acquacheta compie un salto di 70 metri, Dante trovò rifugio durante il suo esilio da Firenze ed i moderni viaggiatori possono ammirarvi inconsueti scorci panoramici della natura appenninica.
Infine segnaliamo un ulteriore aspetto naturalistico molto importante del parco: la Riserva Naturale Integrale di Sasso Fratino, la prima istituita in Italia (risale al 1959), dove sono permesse solo la attività di ricerca scientifica e di sorveglianza.
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