Le Sud-Ouest du Parc se distingue par la présence d’un ensemble de vallées sédimentaires d’un grand intérêt écologique. Le réseau hydrographique y est toutefois moins dense que sur la partie cristalline. Les rivières - Nizonne, Belle, Boulou, parties avales de la Dronne et du Bandiat - qui reposent aujourd’hui sur des alluvions modernes, ont dessiné de larges vallées dans les calcaires du jurassique et du crétacé. La pente des cours d’eau est plus faible et laisse place à des écoulements moins turbulents.
Ces vallées tiennent leur richesse de la diversité et de la forte imbrication des milieux humides qui se développent dans les lits majeurs : prairies, mégaphorbiaies, boisements humides ou plus rarement roselières, bas marais à Cladium mariscus et tourbières alcalines.
Temporairement inondés en hiver par les crues ou par remontée des nappes phréatiques, ces milieux humides abritent une flore remarquable comme la délicate Fritillaire pintade (Fritilaria meleagris) protégée en Aquitaine et qui affectionne plus spécifiquement les prairies maigres de fauche.
L’entomofaune est particulièrement bien représentée, comme en témoigne la présence de plusieurs espèces d’intérêt européen dont des libellules : l’Agrion de mercure (Coenagrion mercurialis) et la Cordulie à corps fin (Oxygastra curtisii) et des papillons : le Damier de la Succise (Euphydryas aurinia) et le Cuivré des marais (Thersamolycaena dispar).
Les boisements rivulaires ou « ripisylves » constituent de précieux corridors de déplacement pour la Loutre (Lutra lutra) et son cousin le Vison d’Europe (Mustela lutreola), l’un des cinq carnivores les plus menacés d’extinction en Europe.
Une dizaine d’espèces de chauves-souris dont les Petit et Grand rhinolophes (Rhinolophus ferrumequinum, R. hipposideros) qui fréquentent les cavités naturelles ou les châteaux bordant les cours d’eau en période de reproduction ou d’hibernation, trouvent dans les pâturages humides des fonds de vallée des territoires de chasse d’exception.
Plusieurs animaux utilisent ainsi tour à tour les milieux aquatiques, les zones humides annexes et les coteaux secs comme le Pélodyte ponctuée (Pelodytes punctatus), petit crapaud qui fréquente les pelouses et éboulis rocheux des coteaux ou les grottes en période d’hivernage.
Sur le Parc, la Vallée de la Nizonne abrite 12 habitats naturels et 18 espèces animales d’intérêt européen qui ont justifié sa désignation au réseau européen Natura 2000. Aujourd’hui, la conservation de la richesse écologique de ces vallées passe par la conservation du fonctionnement hydrologique naturel de ces cours d’eau et le maintien de pratiques agriculture extensives.