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Le territoire comprend deux parties : la Cuesta et la Vallée Châtilonnaise.
La Cuesta châtillonnaise, orienté selon un axe ouest-est, entaille les calcaires et marnocalcaires du Jurassique supérieur. Les versants de la cuesta sont couverts de boisements, de pelouses et de fourrés. Le plateau au nord comprend des massifs forestiers étendus environnés de champs cultivés.
La partie de vallée châtillonnaise, quant à elle, se concentrent autours des vallées de la Laignes, de la Seine et de L’Ource secteurs qui ont échappée à la mise en culture. Ces cours d’eau se chargent en calcaires dans le Châtillonnais et s’écoulent ensuite dans des vallées argileuses et marneuses. Le long de ces vallées se développent des prairies humides bordées de haies. Un peu à l'écart, l’étang de Marcenay et son marais complètent la zone.
Ce site est d’intérêt régional pour ses boisements, ses friches calcaires, ses prairies humides, ses étangs, ses cours d’eau et la faune et la flore qui s'y développe.
1) Différents milieux sur calcaires secs caractérisent ce site et dénotent une ambiance méridionale ; c'est le cas avec:
- différents types de pelouses sur terrains calcaires, d'intérêt européen,
- des ourlets herbacés, d'intérêt régional,
- des landes à Genévrier (Juniperus communis), d’intérêt européen.
Une belle diversité de plantes déterminantes pour l'inventaire ZNIEFF y ont été répertoriées avec par exemple :
- l'Orobanche d'Alsace (Orobanche alsatica), plante des pelouses sèches, exceptionnelle en Bourgogne,
- le Chardon à pédoncules nus (Carduus defloratus), plante montagnarde des pelouses et des lisières sèches herbacées, rarissime en Bourgogne et protégée réglementairement.
2) En fonction de la nature des sols et de la pente et de l’exposition des parcelles, les milieux boisés sont variés avec :
- de la hêtraie sur sols calcaires peu épais et bien exposés, d'intérêt européen,
- de la hêtraie-chênaie sur sols plus profonds, d'intérêt européen.
- de la chênaie-charmaie sur sols calcaires.
La Mélique penchée (Melica nutans), plante forestière montagnarde rare en Bourgogne, a été répertoriée en forêt.
3) Les cours d’eau, les marais bordant le lac de Marcenay et les prairies alluviales permettent l'expression d'habitats diversifiés avec :
- divers herbiers aquatiques des plans d’eau, d’intérêt régional à européen,
- des herbiers aquatiques des cours d’eau riches en calcaires, d’intérêt européen,
- des mégaphorbiaies, d’intérêt européen,
- un marais alcalin à Marisque (Cladium mariscus), d’intérêt européen,
- des prairies humides alcalines à Molinie bleue (Molinia caerulea), d’intérêt européen,
- des prairies de fauche rapidement ressuyées après inondation, d’intérêt européen,
- des aulnaies-frênaies des bordures de cours d’eau, d’intérêt européen,
- des aulnaies marécageuses d’intérêt régional,
- des sources d’eau alcalines, d’intérêt régional.
Ces divers milieux humides accueillent une faune et une flore déterminante pour l’inventaire ZNIEFF avec par exemple :
- le Cincle plongeur (Cinclus cinclus), oiseau qui se reproduit et se nourrit au niveau des cours d’eau,
- la Lamproie de Planer (Lampetra planeri) et Chabot (Cottus gobbio), deux poissons d’intérêt européen et indicateurs d’une bonne qualité d’eau,
- l'Orchis incarnat (Dactylorhiza incarnata), orchidée des prairies et des marais, très rare en Bourgogne et protégée réglementairement, en régression suite à la disparition des prairies humides,
- le Marisque (Cladium mariscus), plante des marais, exceptionnelle en Bourgogne,
- la Cigogne noire (Ciconia nigra), échassier d’intérêt européen fréquentant la zone en période migratoire,
- le Canard pilet (Anas acuta), oiseau d'eau hivernant sur le site.
4) Les friches calcaires, les forêts feuillues et les zones humides de fond de vallée constituent par ailleurs des sites de reproduction et d’alimentation pour une plusieurs animaux déterminants pour l’inventaire ZNIEFF, dont :
- le Grand Murin (Myotis myotis), chauve-souris d’intérêt européen, avec une colonie de mise-bas en bâtiment,
- le Pic mar (Dendrocopos medius), oiseau d'intérêt européen.
Ce patrimoine dépend :
- d’une agriculture et d'un élevage extensifs et respectueux des haies, des milieux prairiaux, des cours d'eau, des mares et des zones humides,
- d’une gestion forestière à base de peuplements feuillus et de traitements adaptés aux conditions stationnelles (sol, climat, topographie, hydrographie), conservant les milieux annexes (clairières, layons, cours d'eau, coupes et lisières),
- d'une gestion douce des plans d'eau, respectueuse des herbiers aquatiques et des ceintures de végétation.
Les pelouses sont susceptibles de se boiser et de perdre leur intérêt pour la faune et la flore des milieux ouverts. Une restauration (débroussaillage) et un entretien (pâturage, fauche) permettraient de contrecarrer cette évolution. Il convient de ne pas planter d’avantage de pelouses en vignes ou en résineux.
Le périmètre est délimité par des secteurs riches en habitats, en plantes et animaux d'intérêt régional avec :
- l'ensemble de coteaux, versants et buttes calcaires de la cuesta,
- les zones humides (étangs, cours d'eau et leur vallée inondables).
