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Situé dans le bassin potassique du Nonnenbruch, ce site a subi des affaissements miniers entraînés par l'exploitation de la potasse dans le sous-sol. Ils ont remodelé sa surface, provoquant des affleurements d'eau et créant des bas-fonds humides au contact des poches de la nappe. Le site a donc été influencé par les activités minières passées, puis par des travaux d'aménagement successifs (cf. Activités humaines).
Le site est aujourd’hui un véritable réservoir de biodiversité. Il accueille à la fois des oiseaux migrateurs, des hivernants et des nicheurs. Ces milieux marécageux, devenus rares en dehors de la bande rhénane, constituent aussi un site privilégié pour la reproduction des amphibiens. En 2010, une rencontre de naturalistes (les 24h de la biodiversité) organisée par l'Office des Données Naturalistes d'Alsace (ODONAT) a permis de compléter les inventaires des espèces de la faune et de la flore dans tout le secteur. Ainsi, la flore comporte 329 espèces (dont la Violette de schultz) et les vertébrés, 173 espèces (3 de poissons, 6 de reptiles, 7 d’amphibiens, 17 de mammifères et 140 d’oiseaux). L’inventaire des insectes, et notamment des odonates, est encore loin d’être exhaustif.
En 2012, les marais et landes du Rothmoos ont été classé en réserve naturelle régionale, sur 145,6 ha. L’une des originalités de la réserve réside dans l’existence d’habitats liés à la présence de sel dans le sol, peu habituels en milieu continental.
La ZNIEFF se compose ainsi d'une mosaïque de milieux variés tels les marais du Rothmoos, avec leurs forêts humides peuplées d’aulnes et leurs roselières, les landes sèches couvertes de bruyère, les zones d'eau libres des gravières de Wittelsheim et milieux secs alentours ainsi que le peuplement forestier plus sec de chênaie-charmaie du bois de Lutterbach. Ce dernier est riche en clairières avec ourlets et autres pelouses sèches. De nombreuses espèces animales et végétales inféodées à des habitats xérothermophiles s’y sont établies. Ces communautés présentent un intérêt patrimonial au niveau régional. Relevant d’anciennes pratiques de taillis sous-futaie, les forêts sur substrat sec y hébergent un grand nombre d’espèces à affinités xérophiles, favorisant là encore une grande biodiversité. Par ailleurs, les abords des gravières y attirent des espèces menacées liées aux berges et zones riveraines, telles le petit gravelot (Charadius dubius), l'hirondelle des rivages (Riparia riparia), le râle d'eau (Rallus aquaticus) ou le harle bièvre (Mergus merganser).
Cette véritable mosaïque de milieux ouverts et forestiers, humides et secs, dégradés ou à fort degré de naturalité confère au secteur un intérêt écologique très important, notamment pour la conservation de la biodiversité des zones humides (métapopulations, biotopes et espèces rares et menacés, diversité des réseaux trophiques, halte migratoire).
La délimitation de la ZNIEFF prend en compte essentiellement la répartition des espèces déterminantes et la localisation de leurs lieux de reproduction ainsi que la répartition des habitats. La zone est cernée par l'urbanisation des villes de Pfastatt, Lutterbach, Richwiller et Wittelsheim, ou par des zones d’agriculture intensive.
Situé dans le bassin potassique du Nonnenbruch, le site intègre le Rothmoos qui est constitué de milieux forestiers hygrophiles à méso-hygrophiles, de zones humides, de zones d'eau libre, de landes ainsi que d'anciens sites industriels. Ces milieux ont été influencés à des degrés divers par I'ancienne activité minière d'exploitation de la potasse. Ceci explique la présence d'un ancien terril et de milieux halophiles dans le périmètre. Sont également intégrés au périmètre les gravières de Wittelsheim à l'est et de Richwiller au nord, ainsi que l'ensemble forestier plus sec du bois de Lutterbach à l'est. Parmi les éléments déterminants, on notera ce massif forestier d’un seul tenant parsemé de nombreuses clairières et de pelouses maigres sur substrat acide participant au même complexe écologique et accueillant notamment des espèces d'orthoptères à fort enjeu patrimonial.
Les limites nord et sud-est de la ZNIEFF correspondent à la rupture entre le massif forestier et les zones bâties de Richwiller et des cités Amélie II et Graffenwald à Wittelsheim. Au nord-est, elle est matérialisée par le chemin reliant la cité Graffenwald au puits Amélie II (D191) de manière à intégrer la gravière Michel de Wittelsheim et ses milieux alentours, particulièrement favorables à l'avifaune inféodée aux milieux aquatiques.
Au sud, la ZNIEFF est délimitée par les lisières du massif forestier, localisées au nord de la route nationale N66 reliant Cernay à Lutterbach. Les lisières font partie intégrante du périmètre.
A l'ouest, ce sont les parcelles agricoles qui délimitent la zone.
