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Localisé au sud-est de Valence, le site est constitué d’une zone humide de forme circulaire bordée, à l’est, d’un coteau dont l’extrémité sud est occupée par une petite sablière. Le marais de Montoison est un élément remarquable du paysage drômois. Les zones humides sont, en effet, relativement rares dans la Drôme, en raison du sous-sol majoritairement calcaire et donc perméable. D’une grande diversité floristique, le site rompt avec la monotonie de la plaine agricole environnante. Bordée par endroits de bosquets de Saule blanc, la pièce d’eau est colonisée presque exclusivement par une roselière dominée par les phragmites. La zone d’eau libre y délimite, au centre, une île. Une importante population de Fougère des marais s’y développe. La surface en eau libre, assez restreinte, accueille un certain nombre d’espèces : le Cornifle immergé, la Lentille d’eau et l’Utriculaire négligée. Entièrement immergée, cette dernière passe inaperçue une grande partie de l'année. Des fleurs jaune vif, éperonnées, apparaissent à la surface de l'eau en juin-juillet. Autre particularité de cette plante aquatique, elle est carnivore. Ses feuilles en lanières, submergées, portent de petites vésicules, ou utricules, capables de capturer des micro-organismes. Autre espèce végétale remarquable, la Laîche faux-souchet forme par endroits des touffes denses pouvant atteindre un mètre de haut. Elle est rare en région méditerranéenne. Situé sur un des principaux axes de migration de la région, le marais constitue un lieu de passage pour vingt trois espèces d’oiseaux dont le Bruant des roseaux, la Marouette ponctuée, le Balbuzard pêcheur, la Guifette noire…D’autres viennent y nicher : des hérons arboricoles (Bihoreau gris, Blongios nain), des fauvettes aquatiques (Rousserolle turdoïde, Rousserolle effarvatte)… trente six espèces nicheuses ont été dénombrées entre 1995 et 1999. Certaines sont particulièrement remarquables. Seulement une dizaine de sites de reproduction de la Rousserolle turdoïde sont connus le long de la vallée du Rhône et de l’Isère, une trentaine pour le Grèbe castagneux, trois pour le Héron pourpré… Depuis les années 1970, ces oiseaux font l’objet de suivis. Des insectes et leurs larves peuvent constituer un nourriture de choix pour certains d’entre eux. Les libellules, notamment, sont particulièrement nombreuses. Dix-sept espèces ont été déterminées entre 1986 et 1999. Demoiselles et messieurs, aux couleurs chatoyantes, effectuent leur ballet au-dessus de l’eau. Le marais de Montoison compte un certain nombre d’amphibiens. Alyte accoucheur, Crapaud calamite, Grenouille rousse, Triton palmé… s’y reproduisent, tout comme le Pélobate cultripède. L’aire de répartition de ce dernier s’étend du nord du Maroc jusqu’en région méditerranéenne française. On le trouve aussi le long de la façade atlantique. Le Pélobate cultripède atteint ici la limite nord de son aire de répartition géographique dans la Drôme. Enfoui, durant le jour, sous plusieurs dizaines de centimètres de sable, il est donc difficilement observable hors période de reproduction. Autre hôte des milieux sableux, situés plus au sud, le Lézard vert a un mode de vie quelque peu différent. Il s’expose au soleil pendant la journée, mais se cache, par temps très chaud et pendant la nuit, dans un terrier. Comme tous les reptiles, il est poïkilotherme. Sa température interne n’est, en effet, pas constante, elle varie avec celle du milieu où il se trouve. En période de reproduction, le mâle arbore des joues d’un bleu très vif. D’autres reptiles peuvent aussi y être vus : Couleuvre verte et jaune, Couleuvre vipérine, Couleuvre à collier. Dans ces pelouses très sèches sur sable, croissent l’Ail caréné et le Micropus dressé. On peut également y observer un représentant de la famille des œillets, le Silène conique. Ces pelouses sableuses sont des milieux relativement fragiles sensibles à la fréquentation. Du fait de sa surface réduite, le marais est peu propice à des observations sans dérangement de l’avifaune nicheuse.
