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Le marais de Rieulay fait partie du complexe de marais de la vallée de la Scarpe. Reflets de la diversité du paysage alluvial de la plaine de la Scarpe, les différentes communautés qui composent les marais de Rieulay sont d’une réelle qualité écologique et plusieurs d’entre-elles présentent un très grand intérêt tant floristique que phytocénotique. Le site abrite une quarantaine d’espèces déterminantes de ZNIEFF, dont plusieurs sont protégées régionalement. Les conditions marécageuses et la proximité de cette ZNIEFF avec des points de haut intérêt pour la biodiversité et la préservation des ressources écologiques telles que la tourbière de Vred et le terril des Argales, font d'elle une continuité écologique de très grand intérêt. L'eutrophisation générale du marais est pourtant un frein à la présence de nombreuses espèces.
La plupart des espèces faunistiques d'intérêt patrimonial observées sur ce site sont associées aux milieux humides. De nombreuses libellules et demoiselles sont ainsi observables le long de la Scarpe et autour des mares et étangs qui parsèment les marais. L'étang de chasse dans la partie sud de la ZNIEFF concentre notamment des populations importantes de diverses espèces, dont une de Leste sauvage (Lestes barbarus). L'Aeschne printanière (Brachytron pratense) et l'Agrion joli (Coenagrion pulchellum), s'ils n'ont pas été revus récemment, sont fréquents sur les sites naturels d'importance à proximité (Tourbières de Vred et Marchiennes, espace naturel des Fiantons...). La présence de ces espèces est donc toujours fort probable.
Les amphibiens ne sont pas en reste, mais les mentions se font vieillissantes et des efforts de prospection seraient à mener au niveau des plans d'eau, globalement peu accessibles. Le Crapaud calamite (Epidalea calamita) possède toutefois une population importante au terril des Argales, et pourrait potentiellement se rencontrer aux abords des marais. Enfin, il est à faire mention du Tétrix des vasières (Tetrix ceperoi) dans les prairies humides, et du Thécla du bouleau (Thecla betulae) le long des haies, dont les oeufs seraient à rechercher l'hiver afin de le recontacter.
L’avifaune présente est typique des marais du nord de la France, on y retrouve la Gorgebleue à miroir (Luscinia svecica), la Rousserolle effarvatte (Acrocephalus scirpaceus), une population importante de Phragmite des joncs (Acrocephalus schoenobaenus) dans les cariçaies, ainsi que des chanteurs de Bouscarles de Cetti (Cettia cetti) sur la majeure partie du site. Le Blongios nain (Ixobrychus minutus) y a également été reproducteur en 2012, mais n’a pas été recontacté depuis. Enfin, la Chevêche d'Athéna (Athene noctua), petite chouette typique du bocage, y est présente. Elle y trouve des cavités pour nicher et des ressources alimentaires (insectes, lombrics, petits rongeurs) en quantité.
Le périmètre de cette ZNIEFF correspond aux zones humides comprenant des plantations d'arbres, notamment de peupliers, des étangs de pêche ou de chasse, des roselières et cariçaies, des prairies de zones humides avec leurs mares ou fossés entre Rieulay et Marchiennes. Ce marais se trouve dans la continuité Est de la tourbière de Vred, et Nord du Terril des Argales.
Une extension du périmètre vers le nord (à l’est de la ferme Dompret) a été réalisée en 2009 pour intégrer un marais comportant plusieurs étangs et boisements hygrophiles (continuité et fonctionnalité écologique).
En 2023, les zones de grandes cultures sont retirées du périmètre puisqu'elles ne présentent pas d'intérêt particulier pour les espèces déterminantes du site tandis qu'une extension est réalisée à l'est. Celle-ci se compose d'une mare de chasse, de mégaphorbiaies sous peupleraies et de zones prairiales hygrophiles et permet de prendre en compte plusieurs espèces déterminantes de ZNIEFF.
