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Le Cul du Cerf, situé aux origines de la Manoise, est une sorte de reculée qui entaille profondément le plateau calcaire. Il se présente comme un vaste entonnoir entouré de pentes raides avec une résurgence d'une importante rivière souterraine et des exurgences secondaires, toutes à l'origine d'importants phénomènes d'érosion.
Grâce à ses oppositions de versants remarquables, la ZNIEFF présente la plus grande partie des types forestiers calcicoles haut-marnais : hêtraie froide de pente nord, différents types de hêtraies xérophiles de pente sud, hêtraie neutrophile, chênaie-frênaie de fond de vallon, chênaie-charmaie- hêtraie de plateau.
Les éboulis actifs créés par l'activité des résurgences sont considérés comme les plus vastes de la plaine française (intérêt géomorphologique primordial) ; leur colonisation progressive par la végétation rase des pelouses calcaires, puis par les broussailles et enfin par les essences forestières constitue l'un des plus beaux exemples français de la dynamique préforestière de plaine (aussi bien en versant d'adret que d'ubac).
Outre la rivière intermittante (la Manoise), un ruisseau (ruisseau de Nevau), un étang à characées et une mégaphorbiaie sont présents Les bois de la Vierge accueillent également une belle tufière (vallon de Névau).
Cette grande variété de milieux biologiques favorise de multiples espèces végétales notamment les espèces montagnardes localisées dans les pelouses, éboulis et forêts de versant nord et de fond de vallon. On y recense plus d'une douzaine d'espèces végétales protégées, rares ou en voie de disparition en Champagne- Ardenne : la doradille verte, petite fougère très rare, protégée au niveau régional (trois stations connues en Haute-Marne), l'épipactis à petites feuiles, nouvelle orchidée pour le site et l'ensemble du département, la grande gentiane jaune, qui trouve ici sa seule localité connue à l'est de la Marne (et qui est par ailleurs assez bien représentée sur le plateau de Langres et jusqu'aux abords de Chaumont), le thésion alpin, présent seulement en Haute-Marne pour la région et assez abondant ici au niveau des pelouses, trois orchidées forestières(dont deux protégées) le céphalanthère rouge et l'épipactis leptochila disséminés dans la hêtraie xérophile et le céphalanthère à feuilles longues, localement abondant, le gaillet de Fleuroti, assez rare en Champagne-Ardenne, très abondant dans les éboulis et pelouses semi-fixées de la station, la gymnadénie à odeur de vanille, orchidée protégé à l'échelon régional et assez bien représentée dans les pelouses au contact des éboulis mobiles des versants, le crépis rongé, très rare composée protégée en Champagne-Ardenne, localisée en France dans le nord-est, etc.
La faune est très variée en liaison avec le grand nombre de milieux écologiques présents. L'intéret zoologique est tout d'abord lié aux insectes dont les populations sont riches et diversifiées au niveau des pelouses et des milieux forestiers dont l'agrion de Mercure, libellule protégée en France (depuis 1993) et en Europe (convention de Berne et directive Habitats), inscrite sur la liste rouge française des Odonates en danger d'extinction. Elle fait également partie de la liste rouge régionale de même que cinq autres libellules présentes aussi sur le site (cordulégastre annelé, gomphe à pinces, grande aeschne, orthétrum brun et sympétrum méridional). Le criquet vagabond et l'éphippigère des vignes (inscrits sur la liste rouge des Orthoptères de Champagne-Ardenne), la cicadette des montagnes et la mante religieuse ont également été observés.
La faune avienne est également bien représentée avec une cinquantaine d'espèces fréquentant le site, dont plus de 40 sont protégées, dont le cincle plongeur (ou merle d'eau) et le rare pouillot de Bonelli inscrits sur la liste rouge des oiseaux nicheurs menacés de Champagne-Ardenne.
Le secteur est très favorable à certains mammifères et notamment aux chauves-souris, dont le vespertilion à moustaches, le grand rhinolophe et le petit rhinolophe (14 individus recensés en 2004), protégés en France depuis 1981 et en Europe ( convention de Berne et directive-Habitats), inscrits sur les listes rouges nationale et régionale et dont les effectifs sont en très forte régression.
La zone est en très bon état de conservation, mais le site du Cul du Cerf, très paysager, est fréquenté par des promeneurs et vacanciers de plus en plus nombreux.
Les limites de la ZNIEFF suivent les contours des deux coteaux les plus intéressants du secteur.
