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L'existence de continum d'habitats forestiers intéressants d'intérêt régional et d'intérêt communautaire (tourbière de transition, étangs, ruisseaux, forêts alluviales et marécageuses, hêtraies...) et de populations animales importantes (cerf élaphe, espèce à répartition restreinte en Franche-Comté, crapaud sonneur à ventre jaune ou salamandre tachetée).
Plusieurs habitats comme la tourbière de transition (étang Guenot à Saint-Reine), l'aulnaie-frênaie alluviale, la chênaie à molinie, la chênaie-charmaie à stellaire, la hêtraie à luzule (tous d'intérêt communautaire), l'aulnaie-boulaie marécageuse à tourbeuse (avec osmonde royale) constituent les formations végétales humides les plus rares de plaine. Plusieurs espèces végétales remarquables accompagnent ce cortège : l'orchis pourpre, l'osmonde royale (toutes deux protégées au niveau régional), Pallavicinia lyelli, les laîches filiforme et maigre (espèces rares et localisées) . On trouve aussi des espèces peu communes en Franche-Comté : les laîches poilue, faux-souchet et blanchâtre. Certaines espèces se trouvent en station "abyssale" (à faible altitude) alors qu'elles ne sont pas rares en montagne : Tricholea tementella (mousse), la prêle des bois, la nivéole du printemps et la fougère des montagnes. D'autres sont plutôt d'affinité atlantique comme l'osmonde royale, la petite scutellaire, le blechnum en épi.
La juxtaposition de formations humides (secteurs d'alimentation) et de mares ou ruisseaux (pour la reproduction) favorisent le développement d'importantes populations de plusieurs espèces d'amphibiens. En même temps, d'autres espèces animales remarquables se rencontrent : pic mar, chat sauvage, Prione tanneur (coléoptère à répartition restreinte en Franche-Comté), chabot, grenouille agile, rainette verte, cordugastre annelé, putois... L'écrevisse à pattes blanches (intérêt communautaire, protection nationale) a récemment été découverte dans ce massif ; une prospection plus poussée permettrait probablement de nouvelles découvertes.
Quelques atteintes sont observées. La sylviculture (coupes forestière en particulier) endommage parfois ce patrimoine, mettant en lumière des zones de reproduction d'amphibiens et nuisant à la qualité des ruisseaux (Seveux, Fontaine Caillou par exemple). Ailleurs, des plantations d'épiceas et de thuyas ont été effectuées dans des habitats d' intérêt communautaire.
La limite s'appuie sur la lisière milieux ouverts/forêts des massifs de la Belle Vaivre jusqu'à Frasne-le-Chateau, y compris le massif au sud de la Chapelle Saint-Quillain. Quelques zones de prairies en relation avec la forêt (passage des mammifères, Z.N.I.E.F.F. à cheval sur zones ouvertes et fermées) ont été adjointes à la zone.
