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Le site comprend le lit mineur de l'Avre ainsi que les marais attenants, entre Moreuil et Thennes. On y rencontre de multiples étangs, utilisés pour la chasse ou la pêche, dont une bonne partie sont privés et ne peuvent être visités. Les formations boisées couvrent la majorité des surfaces hors d’eau. Quelques mares forestières y sont présentes dont une qui accueille le Potamot coloré et la Morène, deux espèces assez rares en région. Des fragments de prairies humides subsistent et les roselières, mégaphorbiaies, cariçaies et marais boisés (saulaies tourbeuses) se sont davantage installées depuis la création de la ZNIEFF.
Les roselières, surtout présentes dans le secteur aval de la zone, sont denses et entretenues par un réseau de canaux qui les alimente en eau.
Le cours de la rivière Avre est très végétalisé : avec de beaux herbiers à Sagittaires, à Callitriches et à Rubaniers simples. Il est aussi très envasé, mais le substrat se dégage cependant au niveau des zones de rupture de pente. La morphologie générale du tronçon de la rivière Avre détermine une zone à Barbeau. La rivière est large et le débit est élevé. Certaines zones présentent un substrat caillouteux apparent qui constitue un habitat intéressant, en particulier pour le Barbeau.
En ce qui concerne la faune, on y trouve une grande diversité d'espèces remarquables. Les peuplements piscicoles comptent par exemple l'Anguille, le Barbeau fluviatile, le Brochet ou encore la Vandoise.
Les étangs et cours d'eau sont quant à eux propices à la présence de diverses autres espèces. Chez les oiseaux, une belle diversité fréquente ces habitats avec des espèces telles que la Foulque macroule, le Grèbe castagneux, le Martin pêcheur, le Petit gravelot et la Sarcelle d'hiver. Le Blongios nain et la Bouscarle de cetti profitent également de la présence de plans d'eau bordés de belles ripisyvles, constituées notamment de saulaies particulièrement favorables.
Les roselières et mégaphorbiaies accueillent elles aussi un cortège d'oiseaux très intéressant composé du Busard des roseaux, du Bruant des roseaux, de la Gorgebleue à miroir et du Râle d'eau.
Les autres milieux ouverts ou semi-ouverts du site abritent également un ensemble d'espèces d'oiseaux remarquables : l'Alouette des champs, le Bruant jaune, le Chardonneret élégant, le Verdier d'Europe, la Linotte mélodieuse, le Pouillot fitis ou encore le Serin cini.
Les secteurs plus boisés offrent aussi un très grand intérêt avifaunistique. Ils permettent la reproduction du Bouvreuil pivoine, du Busard Saint-Martin, du Faucon hobereau, du Pic épeichette, du Pic noir, du Pigeon colombin ou encore de la Tourterelle des bois.
En outre, la zone abrite d'autres vertébrés interessants tels que l'Hermine pour les mammifères ou la Couleuvre à collier et le Lézard des murailles pour les reptiles.
D'un point de vue entomologique, le site présente une toute aussi grande richesse avec la présence de nombreuses espèces patrimoniales de papillons et de libellules : le Grand mars changeant, le Petit mars changeant, la Noctuelle en deuil, le Périzome du pigamon, le Sphinx pygmée, l'Agrion joli, la Cordulie à corps fin et l'Orthétrum bleuissant.
Enfin, il compte parmi sa faune le Vertigo de Des Moulins, espèce de mollusque patrimonale et protégée.
Le site était auparavant éclaté en deux secteurs le long de la vallée de l'Avre :
- Les marais situés le long du chemin de la Vergne, entre Moreuil et Castel,
- Les marais situés entre Castel et Thennes.
La partie interstitielle était auparavant non intégrée dans la zone car exploitée par une entreprise d'extraction de granulats. De même, le marais entre Berteaucourt-lès-Thennes et Hailles est relativement dégradé et très fréquenté (peupleraies, étangs de chasse récents, petits étangs de loisirs...). Ces zones ont toutefois été réintégrées en 2021 car elles accueillent des espèces remarquables, notamment d'oiseaux. Les étangs à l'est de Hailles par exemple accueillent le Blongios nain, espèce rare et menacée.
Depuis 2015, le périmètre étendu (18 ha) intègre la zone de confluence avec la Luce à l'aval de Berteaucourt lès Thennes. Les contours sont calqués sur les limites des habitats tourbeux hébergeant les espèces déterminantes (Ribes nigrum, Thalictrum flavum, Potamogeton coloratus) : aulnaies, saulaies et végétations d'hélophytes sur tourbe. Les peupleraies au sud et les anciennes jachères remises en culture (plantées en maïs en 2013) au nord ne sont pas prises en compte. Les jardins partagés et l’écurie ont été exclus du périmètre en 2021.
