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Le Bois de Fay est situé au nord du village de Fay-lès-Marcilly et à l'ouest de Rigny-la-Nonneuse, sur le flanc nord d'une butte peu marquée de la Champagne crayeuse. Il est d'origine très ancienne (il figurait déjà sur les cartes de Cassini du 18ème siècle) et il est l'un des rares et derniers exemplaires des bois primitifs de la Champagne crayeuse, la garenne feuillue.
La plus grande partie du Bois de Fay est occupée par une chênaie-charmaie neutrophile à mésoneutrophile : la strate arborescente est dominée par le chêne sessile souvent accompagné par l'érable champêtre et le charme, plus rarement par le merisier, le tilleul à petites feuilles et l'alisier torminal. Les arbustes comprennent surtout le noisetier, les aubépines, le troène, le cornouiller sanguin, le rosier des champs et le camerisier. La strate herbacée est dominée par le lierre qu'accompagnent l'ornithogale des Pyrénées, l'anémone des bois, la mélique uniflore, la fétuque de Forster, la fétuque hétérophylle, la mercuriale vivace, le gouet tacheté, etc. Localement, sur la craie, se rencontre un taillis de chêne pubescent, avec le cormier (arbre d'origine subméditerranéenne rare en Champagne-Ardenne), l'alisier de Fontainebleau (endémique ouest-européenne, protégé en France), le cytise faux-ébénier, la pulmonaire des montagnes, le calament officinal, la sanicle d'Europe, la réglisse sauvage, le solidage verge d'or, l'hellébore fétide... Les pinèdes de pins sylvestres couvrent environ le quart de la superficie totale de la ZNIEFF.
Des groupements de lisières thermophiles (relevant du Geranion sanguinei) et de pelouses se sont développés le long des chemins, notamment au sud et au sud-est du bois. C'est ici que se rencontre une grande partie des espèces rares de la ZNIEFF. Certaines sont protégées en Champagne-Ardenne comme le peucédan d'Alsace (dont les localités auboises constituent un îlot très excentré situé à la limite absolue de répartition de l'espèce vers le nord-ouest), d'autres font partie de la liste rouge des végétaux de Champagne-Ardenne, comme le cytise couché, l'orobanche violette et la guimauve hérissée. D'autres espèces de lisières (grémil pourpre-bleu, serratule des teinturiers, vesce à feuilles ténues, fraisier musqué, fraisier vert, orpin reprise, mélitte à feuilles de mélisse, gentiane croisette) et de pelouses (hélianthème jaune, genêt des teinturiers, séséli des montagnes, petite pimprenelle, gaillet jaune) s'y observent également. Certaines orchidées s'y remarquent : ophrys mouche, orchis pourpre, platanthère à deux feuilles, platanthère des montagnes, listère ovale.
De nombreux Lépidoptères et Orthoptères fréquentent le site, notamment des papillons colorés (argus bleu céleste, argus bleu nacré, argus bleu commun, argus frêle, citron, paon-du-jour, petite violette, demi-deuil...), des sauterelles (conocéphale bigarré, decticelle bicolore, decticelle cendrée, grande sauterelle verte), des criquets chanteurs (criquet des clairières, criquet duettiste, criquet des pâtures), le grillon des bois, le grillon champêtre, etc. Une sauterelle est inscrite sur la liste rouge régionale des Orthoptères, il s'agit de l'éphippigère des vignes. Le lézard vert, en limite d'aire de répartition dans l'Aube, fréquente le site. La caille des blés niche dans les savarts en bordure du bois. De nombreux passereaux nichent dans la forêt, notamment le pic mar (encore assez rare en Champagne-Ardenne), le pigeon colombin, la tourterelle des bois, le pouillot véloce, le troglodyte mignon, le grimpereau des jardins, etc.
La ZNIEFF est dans un bon état général, la principale menace étant la dégradation (ou destruction) des lisières en contact avec l'agriculture (surtout la lisière sud), entraînant par conséquence la disparition de la plupart des espèces rares et protégées qui font la richesse de la ZNIEFF.
La délimitation de la ZNIEFF suit les contours du bois et de ses lisières, mise à part à l'ouest de la ZNIEFF où la limite correspond à un chemin d'exploitation afin de prendre en compte des avancées boisées au milieu des culltures.
