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La ZNIEFF du massif forestier et des étangs de Belval occupe une vaste dépression située entre la Côte crayeuse champenoise et le massif de l'Argonne. Par son étendue, son caractère typique, par la richesse de sa flore et de sa faune, ce secteur se range parmi les sites majeurs de la Marne. Il constitue une vaste ZNIEFF de type II de 5 375 hectares et comprend de vastes forêts, des étangs, des prairies humides typiques et des cultures plus localisées. Elle abrite trois ZNIEFF de type I qui ont fait l'objet de fiches séparées (étangs de Belval et d'Etoges, étang la Dame et prairies des Charmontois).
Les types forestiers dominants sont très caractéristiques de la Champagne humide : chênaie-frênaie inondable, aulnaie-frênaie de bord de ruisseau, chênaie-charmaie neutrophile et chênaie-charmaie mésotrophe sur sol limoneux. Les étangs aux eaux mésotrophes possèdent des groupements aquatiques très étendus, des formations des rives exondées, des roselières et des saulaies à saules cendrés. Les prairies humides, de fauche ou pâturées sont floristiquement très riches et bien diversifiées. De nombreuses espèces végétales rares ou protégées se rencontrent sur le site et sont pour la plupart inscrites dans la liste rouge des végétaux menacés de Champagne-Ardenne : en forêt, la laîche fausse-brize (espèce centreuropéenne rare en Champagne), le calliergon à feuilles cordées (mousse peu fréquente) et sur les talus, dans les lisières ou les clairières forestières, la campanule cervicaire, protégée en France ; dans les cariçaies et roselières, la grande douve, également protégée sur le plan national et en voie de régression rapide, une petite fougère, l'ophioglosse vulgaire, la gesse de Nissol, légumineuse très rare dans la Marne et en raréfaction continue, la gaudinie fragile, graminée d'origine atlantique située vers sa limite d'aire de répartition ; dans les étangs, le potamot à feuilles aigües, l'utriculaire vulgaire et la zannichellie des marais.
Attirées par la présence de nombreux étangs, les libellules forment une population nombreuse et diversifiée, avec 16 espèces rares inscrites sur la liste rouge des insectes de Champagne-Ardenne dont une espèce protégée en France, la leucorrhine à gros thorax, inscrite à l'annexe II de la convention de Berne, aux annexes II et IV de la directive Habitats et sur le livre rouge de la faune menacée en France (dans la catégorie "en danger de disparition"). Elle est accompagnée par le sympetrum noir, le sympetrum méridional et le sympetrum jaune d'or, le leste dryade, l'agrion gracieux et l'agrion nain, l'aeschne printanière, la grande aeschne et l'aeschne isocèle, le gomphe vulgaire, la cordulie métallique, la cordulie à taches jaunes, l'orthetrum brun et l'orthetrum bleuissant, la libellule fauve et une grande libellule spectaculaire, la cordulie à deux taches.
Le site accueille de nombreux oiseaux attirés par des biotopes variés : ainsi plus de 130 espèces d'oiseaux fréquentent les étangs et la forêt pour se nourrir, se reproduire ou s'y reposer. Certains sont rares au niveau national ou régional, d'autres sont en régression importante (plus de vingt espèces rencontrées ici font partie de la liste rouge des oiseaux de Champagne-Ardenne) comme par exemple le butor étoilé qui ne se rencontre, dans la région, que sur quelques étangs d'Argonne et de Champagne humide et qui est très menacé, de même que le blongios nains (chute de 80% de ses effectifs au cours des vingts dernières années), le phragmite des joncs et la rousserole turdoïde, le râle d'eau et dans un milieu plus forestier le pigeon colombin, le pic épeichette (nicheur peu commun dont les effectifs sont en faible densité), le pic vert et dans les prairies le tarier d'Europe (aux effectifs très faibles et en régression) et la pie-grièche écorcheur (recul général tant en répartition qu'en effectifs). De nombreux canards et oiseaux d'eau nichent au niveau des étangs comme la sarcelle d'été, nicheur très rare et en régression, le plus rare des canards de surface de la région, le canard souchet et le canard chipeau, nicheurs très rares en Champagne-Ardenne et en diminution, le fuligule morillon, le fuligule milouin, le grèbe à cou noir et le petit gravelot (nicheurs rares et en régression), ou y séjournent en migration ( barges, pluviers et chevaliers divers, nette rousse, canards colverts et siffleurs, sarcelle d'hiver, foulques, etc.). De nombreux rapaces diurnes et nocturnes survolent les étangs ou la forêt : milan noir et milan royal, épervier d'Europe, autour des palombes, buse variable, faucon hobereau et faucon crécerelle, balbusard pêcheur, chouette hulotte et chouette effraie. Les mammifères forestiers sont également bien représentés par les grands mammifères (cerf, chevreuil, sanglier) et les carnivores (chat sauvage, putois, martre, fouine, etc.).
La ZNIEFF fait partie des zones humides protégées par la convention Ramsar, et une partie du site (ZNIEFF I des étangs de Belval et d'Etoges) a été proposée pour la directive Oiseaux (Z.I.C.O. des étangs d'Argonne) et la directive Habitats. Elle est en bon état de conservation.
Les contours de la ZNIEFF suivent les limites naturelles de la zone forestière la plus riche et de quelques milieux environnants associés.
