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1981年1月26日，经城步苗族自治县人民政府批准成立民族老山（又名明竹老山）县级自然保护区，范围包括金紫山国有林场双江口工区、瑶人坪工区的一部分，面积一万亩。
2009年，城步苗族自治县人民政府为了更好地保护境内天然次生林植被和丰富的物种资源，拯救、保护珍稀濒危野生动植物资源，决定从全县保存完好的5片天然次生林中，选取其中两片保存好的国有林，即申报的金童山片、明竹老山片，组建、申报湖南金童山自然保护区，并于2009年12月22日，经湖南省人民政府批准建立湖南金童山省级自然保护区，包括明竹老山和金童山两个片区，分别属云马国有林场金童山工区和金紫山国有林场双江口工区、瑶人坪工区管辖。
2012年12月28日，晋升国家级自然保护区的申请获国家环保部组织的专家评审会全票通过。
2013年12月25日，国务院办公厅批准，湖南金童山省级自然保护区晋升为国家级自然保护区。
湖南金童山国家级自然保护区位于湖南省西南边陲的城步苗族自治县境内，地处越城岭山脉与雪峰山脉交汇地带、南岭山脉北缘。
湖南金童山国家级自然保护区在大地构造上属新华夏构造体系第三隆起带的南端，系湘桂经向构造体系。在漫长的地质历史中，保护区经历了雪峰山运动、燕山运动和喜马拉雅山运动三期比较显著的地质构造运动。由于构造变动的多期性和相互叠加，形成复杂的构造形迹，使境内构造基本骨架呈北北东向展布。其表现形式主要有褶皱和断裂，以北北东向褶皱群及压性断裂带为主，褶皱多为狭窄的背斜和向斜，呈“多”字形构造，在褶皱和断裂产生的同时伴有强烈的岩浆侵入。明竹老山片区西侧北北东向的长溪水——楠溪断裂具有压扭性断层的特点，是一条规模较大的断裂，走向北东15°至北东20°，微呈“S”形状。延伸长度大于74千米。断裂沿线有较多宽达2～5米的石英脉充填于伴生的北西西向裂隙中。沿线岩石硅化破碎、片理发育——糜棱岩、构造透镜体、岩层揉皱等现象常见。断裂面倾向西北，倾角50°以上；金童山片区以杆子水背斜、山背岭背斜构造为基础，轴部出现板溪群上亚群拉揽组、震旦系江口组，两翼为寒武系。轴面自东向西倒转，翼部岩层产状一般为45～80°，为紧闭的倒转背斜。北端为北东东向断裂斜切。发育于金童山片区内部的五团——羊石田压扭性断裂，呈北东10°方向延伸，斜切了北北东向的构造形迹，据现有资料，断裂南北延伸长达200余千米，断裂线较平直，五团印支期花岗岩体被它纵切，使岩体错移方向为东盘作顺时针向扭动，水平错距达5～6千米。断裂沿线挤压现象明显，穿越花岗岩体时，使花岗岩挤压破碎，石英挤压呈眼球状，长石挤压呈片状。断裂两侧挤压带宽达3～4千米，挤压带中有低级与之平行的压性断裂发育，主断裂上盘往往使某些沉积矿床富集。
湖南金童山国家级自然保护区广泛分布元古界地层，发育良好，明显地可以划分为两个单元层系，上部为震旦系，下部为板溪群。
湖南金童山国家级自然保护区及其邻近地区属中山深谷地貌，主要分为侵蚀构造地貌和剥蚀构造地貌两种类型。侵蚀构造地貌细分为中山峰脊深涧、中山齿峰峡谷和中山峰脊峡谷三种形态类型；剥蚀构造地貌细分为中山台原洼地、中山垄脊峡谷和中低山驼脊谷地三种形态类型。
湖南金童山国家级自然保护区属于中亚热带季风湿润气候区山地气候类型。保护区年平均气温为16.1℃，最热月7月平均气温26.7℃，最冷月1月平均气温4.7℃，年较差22℃左右。极端最高气温为38.5℃，出现在1963年9月3日。极端最低气温为零下8.1℃，出现在1957年2月11日。年平均降水量为1218.5毫米，其中4～6月的雨量更集中，约占全年总降水量的44%，通常称为“雨季”，而7～9月，气温高，雨量少，约占全年雨量的23%，日照多，蒸发大，常有规律性的夏、秋干旱发生，故称“旱季”。全年日照时数在1134.6—1601.5小时左右，多年平均无霜期为271天，相对湿度各月相差不大，多年平均在75～83%之间。
湖南金童山国家级自然保护区以山地为主，山峦重叠，沟谷纵横，地势高低悬殊，因而在气候上，既有明显的立体气候特点，又有各种地形环境的不同影响的小气候效应：温度随海拔高度的升高而递减。温度递减率随季节而异，冬季少、夏季大。海拔每升高100米，冬季递减0.33℃，夏季递减达0.62℃，因而形成县境北部和中部地区年平均气温在15℃以上的暖区和东、南、西部山区年平均气温在12℃以下的冷区。降水量随海拔高度的升高而递增，县境北部和中部为少雨区，年降水量少于1300毫米，而东部、西南部海拔800米以上的地区，则各形成一个大于1500毫米的多雨带。随着海拔高度的升高，不仅雨量增加，而且湿度增大，雾日增多；不同坡向和地形气候差异明显。
湖南金童山国家级自然保护区的水平地带性土壤是红壤。保护区内的土壤先后经脱硅富铝化过程、黄化过程、生物累积过程和隐灰化过程，形成了4种主要的土壤类型。
山地红壤：分布于保护区海拔600米以下地区，只有个别山脊分布稍高。山地红壤在系统分类中属于富铁土纲，湿润富铁亚纲，成土母岩以花冈岩、砂岩等为主。这类土壤的形成发育仍以脱硅富铝化过程为主，尚伴有一定程度的黄化过程，表土呈灰棕色，心土和底土多为淡红黄至红棕色。这类土壤代换量较红壤高，但代换性盐基总量却很低，每100克土壤在1.6～2.2毫克之间，而代换性铝在7毫克以上，土壤溶液呈酸性反应，PH值在4.97～5.04之间。全剖面质地较粘重，且粘粒明显的下移，这不仅与母岩的强烈风化与淋溶作用有关，也体现了山地土壤的特点。有机质含量较高，Ah层为4.67%，由上而下，有机质的含量显著降低，Bt层为2.34%体现森林土壤累积有机质的特点。这一区域自然植被为常绿阔叶林，但由于历史、人为因素，部分地区为人工杉木林、马尾松林、灌丛草类所代替，生长非常茂密，覆盖度大。
山地黄壤：分布于保护区海拔600～1300米的地段。山地黄壤在系统分类中属于富铁土纲，常湿润富铁亚纲，是保护区的主要土壤类型，成土母岩主要有粉砂岩、砂岩、砂质板岩、硅质页岩及黑云母花冈岩等。山地黄壤土体均呈淡黄棕色或黄棕色，表土有机质含量高而色深，表土以下则为暗黄棕色或淡黄棕色。有机质含量Ah层为4.67%，Bt层为2.03%，由上向下，有机质的含量显著降低，体现森林土壤累积有机质的特点。土壤溶液呈酸性反应，PH值在4.76～5.08之间，但Ah层低于Bt层，这与Ah层代换性铝含量较高和淋溶作用有关。这一区域自然植被以常绿阔叶林为主，生长非常繁茂的地段，是珍贵树种集中之地，该区域原生植被保存完好。
山地黄棕壤：分布于保护区海拔1200～1600米的地域。山地黄棕壤在系统分类中属于淋溶土纲，常湿淋溶土亚纲，成土母岩以砂岩、砂质板岩、硅质页岩及黑云母花岗岩等为主。土体均呈淡黄棕色或黄色，表土有机质含量高而色深，表土以下则为淡黄棕色或黄色，这与三氧化铁的水化作用有关，也体现了黄化过程的特点。Ah层有机质含量达3.18～4.18%之间，随海拔高度自上而下逐渐减少，这说明随着海拔的升高和气候条件的变化，生物循环的速度减缓所致，体现了不同植被和环境条件累积有机质的特点。土壤呈酸性反应，PH值在4.67～5.19之间，而由表土向下逐渐增高，体现了淋溶作用的特点。代换性铝含量高，自上而下逐渐减低，土壤盐基呈高度不饱和状态，但由表土向下则有逐渐增高的趋势，这足以表明山地黄棕壤具有灰化淋溶作用的特点。这一区域天然植被是常绿阔叶林，并夹有不少落叶阔叶树种，一般森林高大，只有山地上部有矮化现象，生长非常茂密，郁闭度大，林内阴暗潮湿，相对湿度高，树干上附有苔藓植物等，草本地被物以耐阴湿的莎草科、兰科及蕨类植物等为主，该区域原生植被保存完好，原生态现象非常明显。
山地草甸土：分布在保护区海拔1600米以上的山顶开阔地域。山地草甸土在系统分类中属雏形土纲，常湿雏形土亚纲，成土母质主要有花岗岩及板页岩和砂岩。土壤中腐殖质大量积累，表土层黑褐色，繁茂草丛的无数草根集结于表土层，成为草根盘结层。山地草甸土呈酸性反应，pH4.5～6.0，表土层略低于心、底土层。土层薄，发育弱，但有机质积量高。山脊的草甸土，矿物风化作用很弱，土层较薄，一般20厘米以下，母质层呈灰棕色，常夹有较多的石英砂粒。土壤腐殖质层的有机质含量高者可达80～180克/千克，而且积累深度达到50厘米。土壤质地轻，颗粒粗，且多含石砾。土体全量化学组成中均以硅、铝、铁的氧化物为主。土壤淋溶作用不强，但氧化铁略有迁移，而钙、镁、锰氧化物则表现微度富集。这一区域自然植被无高大乔木，以旱生性草本为主，并有较多的蕨类，如芒、野谷草、蕨类、石松、胡枝子、盐肤木、猕猴桃、苔藓等，植被覆盖率在95%以上。
湖南金童山国家级自然保护区系湘西南边陲河源区，地表切割强烈，河川水系发育，且呈树枝状分布。发源于保护区境内的巫水、渠水与浔江等主要水系，有大小溪河816条，总长4063千米，其中河长5千米、流域面积10千米的干流及一至四级河流77条，长1122千米。河流呈辐射状从南、西、北3个方向流往境外，分属长江与珠江两大水系。河网密度6.56千米/千米，径流总量24.89亿立方米。
巫水为该县境内大的河流，系沅水一级支流，属长江水系。发源于保护区明竹老山片区核心区的风雨殿，沿西南——西——北——西——西北——西南——北北西——北方向流经瑶人坪、侯家寨、袁家山、大岭界、兰蓉乡、白毛坪乡、儒林镇、两河口、柳寨乡、羊石乡至匡塘口入绥宁县境。巫水在县境内干流长106千米，有大、小支流477条，流域面积1576.4千米。源头高程1785米，至境界出口高程为326米，落差1459米，平均坡降为5.71‰。柳寨乡大洲以上为中山、中低山峡谷区，谷深滩险，水流湍急，入羊石乡境内后，水流稍平缓。
渠水为沅江一级支流，属长江水系，有东西两源。源于城步苗族自治县境的为东源，称临口河，又叫通道河，发源于保护区金童山片区实验区的大茅坪，自源头沿西——北——西西北——北北东——西方向流经南头山、双江口、大江头、两河口、六马、约冲、至崩土冲入绥宁县境。渠水在县境内干流长29.3千米，有大、小支流41条，流域面积153千米。源头高程1815米，至县界出口高程为567米，落差1248米，平均坡降为27.9%。岩寨乡大江头以上为“V”型河谷。整个河道穿行于中山峡谷之中，瀑布、急流相间出现。
浔江为西江二级支流，属珠江水系，发源于保护区金童山片区的核心区金童山，自东南流经汀坪乡独宿、大侯，至岩门折向南流，经长滩入蓬洞乡境，于大水铺纳内里溪，再纳蓬洞河，至杨梅坳乡高桥村入广西龙胜县境。浔江系县内第二大水系，在县境内干流长55.5千米，流经中山区，岭谷相间，滩多流急。源头高程1475米，至县界出口高程为350米，落差1125米，平均坡降15.4‰。
湖南金童山国家级自然保护区地理坐标为介于东经110°07′48″～110°33′36″，北纬26°07′39″～26°20′06″之间。总面积18466公顷，其中核心区面积6961公顷，缓冲区面积4710公顷，实验区面积6795公顷。保护区包括明竹老山和金童山两个片区，二者直线距离约19千米。
金童山片区以云马国有林场金童山工区管辖范围为主，最高海拔为1784.1米（金童山顶）。四周分别与城步县的丹口镇、汀坪乡、五团镇、南山牧场和南洞国有林场相连，南北长22.8千米，东西宽17.4千米，面积10317公顷。
明竹老山片区以金紫山国有林场双江口工区、瑶人坪工区管辖范围为主，最高海拔为2018.0米（二宝顶）。东与广西资源县交界，东北部与新宁县接壤，西南部与城步县的白毛坪乡相连，西北部与城步县的兰蓉乡毗邻，东西长14.8千米，南北宽9.6千米，面积8149公顷。
湖南金童山国家级自然保护区的主要保护对象为资源冷杉、南方红豆杉、伯乐树、华南五针松、闽楠、篦子三尖杉、半枫荷、黄连、天麻、水青树等野生资源。
截至2010年，湖南金童山国家级自然保护区是中国南岭与雪峰山脉交汇部低海拔亚热带常绿阔叶林森林生态系统的典型代表，保存有大片常绿阔叶林或常绿落叶阔叶混交林，是原生性的顶极群落，有维管束植物220科878属2277种，其中，中国特有植物属33个，国家级保护野生植物有资源冷杉、南方红豆杉、伯乐树、银杏、铁杉、水青树、天女木兰、中华五加、亮叶水青冈、华南五针松、长苞铁杉等，林下分布有39种兰科植物及天麻、黄连等多种名贵中药材。
截至2010年，湖南金童山国家级自然保护区有脊椎动物31目92科278种，其中，哺乳动物7目19科34种，爬行动物3目9科46种，两栖动物2目8科28种，鱼类4目12科28种，鸟类15目44科142种。国家Ⅰ级保护野生动物有云豹、林麝、白颈长尾雉等。鸟类的种数、属数和科数分别占湖南省的33.66%、78.95%和26.76%，占全国已知数的10.67%、62.5%和18.81%，有中日保护候鸟38种，中澳保护候鸟8种，既是西伯利亚—南亚—澳大利亚鸟类的重要迁徙通道，也是湖南省“省鸟”—红嘴相思鸟种群密集中心和重要繁殖地。《濒危野生动植物种国际贸易公约》中提及的保护物种37种，《中国濒危动物红皮书》中提及的保护物种23种，“国家保护的有益的或者有重要经济、科学研究价值的陆生野生动物”178种，中国特有鱼类12种、中国特有两栖动物15种、中国特有爬行动物8种、中国特有鸟类5种、中国特有哺乳动物3种、湖南省重点保护野生动物167种、国际候鸟保护物种46种。
湖南金童山国家级自然保护区的管理机构为湖南金童山国家级自然保护区管理处，于2014年8月15日设立，为正科级财政全额拨款事业单位，归口城步苗族自治县人民政府管理。机构编制定编12人，设主任1名（正科级），副主任2名（副科级），纪检组长1名（副科级）。内设办公室、保护管理股、计划财务股、科研管理股、社区经营股5个职能股室。其主要职能职责是：宣传、贯彻执行国家有关自然保护的法律、法规和方针政策；编制保护区建设总体。规划、建设发展规划以及各项管理制度，并经规定程序审批后组织实施；保护和管理区内自然资源和生态环境，组织开展森林防火和森林病虫害防治，调查自然资源并建立档案，保存和拯救区内珍贵稀有生物物种，组织开展科学研究活动和生态环境监测，依法查处破坏保护区自然资源和生态环境的违规、违法和犯罪行为，在不影响自然保护区的自然资源和生态环境的前提下，组织开展参观、旅游等活动。
自2014年8月15日设立以来，湖南金童山国家级自然保护区管理处多举措加强了管理工作，完成了保护区科考工作和生物多样性可行研究报告，编制了保护区管理计划，制定和完善了相关管理制度，多方位加大宣传力度，主动加强了与各相关单位和部门联系，争取了有力的工作支持，形成了“管理处—林场—保护站（点）”三级管理模式共识。
2015年10月20日，湖南金童山国家级自然保护区管理处认真贯彻落实省市秋冬季森林防火会议精神，深入金童山片区和明竹老山片区开展森林防火工作督查。
