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La ZNIEFF du marais de la Fontaine aux Larrons occupe un vallon encaissé et orienté au nord. Les versants sont boisés, avec différents types forestiers présents, dont la hêtraie sèche xérophile caractéristique du secteur d'Auberive.
Un marais tufeux typique du plateau de Langres constitue l'essentiel de la végétation de cette ZNIEFF : c'est un marais de fond de vallon et de bas de pente, relativement étendu actuellement (réduit des 2/3 par rapport à sa superficie initiale suite à des travaux de drainage et à des enrésinements effectués dans les années 50 et 60). C'est un marais très mouillé, bien pourvu en sources et vasques, assez tufeux avec des groupements variés : schoenaie classique à choin noirâtre, jonçaie-schoenaie des endroits mouillés à eaux courantes, schoenaie basse à choin ferrugineux des secteurs les plus humides, moliniaie à flore diversifiée dans les endroits les plus secs. La tremblaie de bordure est bien développée, avec une lisière nette à aconit napel, protégé à l'échelon régional et une belle popoulation de prêle d'hiver, rare en Haute-Marne. La végétation est très caractéristique et bien adaptée aux conditions particulières du marais, avec des espèces rares et/ou protégées dont le choin ferrugineux protégé en France, la spiranthe d'été, une orchidée rarissime bénéficiant d'une protection nationale, inscrite sur la liste rouge régionale des végétaux menacés en Champagne-Ardenne, deux autres orchidées, l'orchis incarnat et l'orchis de Traunsteiner, d'origine préalpine, à caractère strictement montagnard, rare en France et localisé pour la Haute-Marne (où elle est protégée) dans les vallons froids et humides du plateau de Langres, la parnassie des marais, la swertie pérenne, tous inscrits sur la liste rouge régionale, la renoncule à segments étroits et l'aconit napel, protégés en Champagne-Ardenne, etc.
Les insectes sont variés avec diverses libellules dont l'agrion de Mercure, protégé en France depuis 1993, inscrit sur les listes internationales de la Convention de Berne (protection européenne) et de la directive-Habitats, sur les listes rouges des insectes de France et de Champagne-Ardenne et en danger de disparition dans la moitié nord de la France, l'orthetrum bleuissant, les cordulégastres annelé et bidenté, espèces montagnardes rares en plaine, des criquets et des sauterelles, avec trois espèces inscrites sur la liste rouge régionale (conocéphale des roseaux, criquet des montagnes et criquet à petites ailes).
Le marais est très parcouru et brouté par les sangliers et les chevreuils.
Il est protégé actuellement par un arrêté préfectoral de protection de biotope. Ce marais, en bon état, menacé par la dynamique naturelle (due à des travaux anciens de drainage et d'enrésinement), a fait l'objet d'une gestion conservatoire, grâce à la Fondation de France, qui a permis de débroussailler certaines parties du marais, de couper aulnes et résineux et de reboucher les drains. Depuis sa réhabilitation, il figure parmi les marais les plus paysagers et les mieux conservés du secteur ; de plus son intérêt pédagogique est rehaussé par la proximité du Centre d'Initiation à la Nature d'Auberive. Il fait partie de la grande ZNIEFF de type II du massif forestier d'Auberive est et sud.
Les limites de la ZNIEFF suivent les contours du secteur le plus riche du vallon.
