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1996年，桃源县申报国家级生态示范区建设试点；
1997年，正式批准并着手编制生态示范区建设规划，把黑山作为自然保护区建设项目。
1998年，桃源县环境保护局以桃环通（1998）3号文的形式成立了黑山自然保护区领导小组，并成立了相应的办公室，同年，成立黑山县级自然保护区（包括牯牛山国营林场）。
2000年10月27日，湖南省人民政府办公厅签发《湖南省人民政府办公厅关于同意建立安化红岩等4处省级自然保护区的批复》（湘政办函[2000]154号）。同意建立桃源黑山等4处省级自然保护区。
2001年6月10日，桃源县人民政府、北京林业大学、湖南师范大学联合制定《湖南桃源华南虎调查方案》，成立野生华南虎调查小组。
2003年5月20日，市编委下发《关于成立湖南省桃源县乌云界保护管理处的通知》，正式成立桃源乌云界省级自然保护区管理处。
2003年7月2日，中共桃源县委机构编制委员会签发《中共桃源县委机构编制委员会关于湖南省桃源乌云界省级自然保护区管理处机构编制的批复》（桃编发[2003]13号）确定为正科级事业单位，归口桃源县环境保护局管理，核定全额拨款事业编制12名。
2004年3月16日，湖南省人民政府办公厅签发《湖南省人民政府办公厅关于桃源黑山省级自然保护区更名为桃源乌云界省级自然保护区的批复》（湘政办函[2004]39号），同意将桃源黑山省级自然保护区更名为桃源乌云界省级自然保护区。暂不同意扩大保护区的范围。
2006年2月11日，国务院办公厅颁发《国务院办公厅关于发布山西五鹿山等22处新建国家级自然保护区名单的通知》（国办发[2006]9号）。湖南省乌云界省级自然保护区晋升为国家级自然保护区。
乌云界国家级自然保护区（原黑山自然保护区）位于湖南省常德市桃源县（漳江镇）南部山区。雪峰山脉与武陵山脉的交汇处。地处雪峰山余脉的北坡、云贵高原向湘赣丘陵、湘西山地向洞庭湖平原过渡的典型地带，南邻安化，东接鼎城，北壤杨溪桥和桃花源，西靠太平铺，地处东经111°06′─111°20′，北纬28°29′─28°40′。
乌云界国家级自然保护区位于中亚热带向北亚热带过渡地区，属于中亚热带季风湿润气候。春季低温阴雨，湿度大，云雾多；夏季天气炎热，多暴雨；秋季风和日丽，气候宜人，具有典型山地气候特征；冬季天气冷凉干燥，多大风，霜冻频繁。保护区多年平均气温为14.2℃，最暖月为7月，月平均气温25.4℃，最冷月为1月，月平均气温3.2℃，保护区年平均气温比桃源县城气温低2.4℃，极端最高气温38.4℃，极端最低温-15.8℃，年平均无霜期为270天，太阳辐射总量年均值为209.5KJ/cm2，年日照时数为1098.5h，年日照百分率为22%，年降雨量在1800-2500mm之间，年均值为1887mm，相对湿度年均值为86%。
乌云界国家级自然保护区地处湘中丘陵平原向湿润的武陵山地过渡的地区，土壤有明显的红壤向黄壤、由红壤经黄壤向黄棕壤过渡的特点，所以，在保护区内，既有红壤，又有黄壤和黄棕壤的分布。
保护区内土壤的垂直分布表现出明显的过渡特征，红壤广泛分布于保护区内海拨300—400m以下的丘陵地区，成土母质主要是板页岩风化物，也有红色砂岩风化物。黄壤分布于海拔400—700m处的低中山地区，主要发育于板页岩上；山地黄棕壤主要分布于海拔700-800m以上的山地，黄棕壤沿上述高度由东向西延伸，向上一直扩展到山脊地带，由此可见，虽然保护区内山体不高，但垂直带谱齐全，只是带谱较窄；同时黄壤和黄棕壤带谱下限的海拔高度也比较低。非地带性土壤主要有紫色土和水稻土。紫色土在保护区内有少量分布，主要分布于紫色砂页岩低丘地区，分为三个亚类：酸性紫色土、中性紫色土和耕性中性紫色土；水稻土在保护区内分布面积较小，其前身可以是红壤，也可以是紫色土，其类型可分为淹育型水稻土和潴育型水稻土。
乌云界国家级自然保护区由于地处安化暴雨中心，森林覆盖率高，涵养水源丰富，地表水系十分发达。发源于保护区内的大小河流有40条之多，这些河流的特点是：落差大，河床坡降陡，降雨量丰富，水能蕴藏量大。区内发源的河流呈树枝状分布汇聚，无外来水流，自成水系，随后分别注入澄溪、水溪、夏家溪和大洋溪后入沅江，汇入洞庭湖，因此水系属长江流域洞庭湖水系。
沅江系洞庭湖“四水”之一，发源于贵州马尾河，全长1050km，流域面积9万km²，年径流量692亿m³。沅水桃源段长99km，天然落差15m，年平均流量2080m³/s，水能蕴藏量30万kw。
保护区内沅水的一级支流有4条，即水溪、澄溪、大洋溪和夏家溪。水溪发源于安化县黄毛尖，流域面积288km2，其中桃源县境内为170km²，年水量3.28亿m³，总落差243.54m；澄溪发源于牯牛山乡仙池界，源地高程233.2m，流域面积303km²，干流长度46km，年水量3.42亿m³，总落差193.2m；大洋溪发源于牯牛山乡黄柏垭，源地高程205.19m，流域面积129km²，干流长度33.5km，年水量1.432亿m³，总落差164.19m；夏家溪发源于杨溪桥乡王家湾，源地高程133.62m，流域面积60.7km²，干流长度23km，年水量0.674亿m³，总落差93.12m。
桃源气候湿润多雨，降水是地下水的主要补给来源。保护区的地下水全部属于基岩裂隙水大类的浅变质岩裂隙水亚类。保护区含水岩组包括冷家溪群、板溪群、震旦系下统板岩、变质砂岩、板状页岩等。地下水主要富存于构造裂隙及风化裂隙中，调查泉水点的一般流量为0.077-0.375l/s，平均地下径流模数1.033l/s··km²，富水性中等。
乌云界国家级自然保护区的地下水水化学类型以HCO3-K+Na-Ca和HCO3-Cl-K+Na-Ca为主。pH值为5.4-6.8，矿化度0.022-0.080g/L，硬度0.49-1.71德度，水温16℃-20℃。
乌云界国家级自然保护区处于雪峰山脉弧形构造东北端倾伏部位，同时受武陵弧形构造的影响。总体鸟瞰，呈东西向隆起的脊岭，地貌总的格局具有区域的过渡性、结构的多层性和侵蚀的深刻性等基本特点。第四纪时期区域性的继承式间歇性新构造运动，使西部五强溪拱形隆起，东部洞庭则不断沉降，本保护区正处于这一升降交替过渡部位，地貌格局受地质构造的控制，从南部边缘山地到北侧沅水河平原，地势逐渐降低，形成一面坡态势。从南部牯牛山（1104.2m）、楚家山（1050.6m）、乌云界91028.1m)一线1000m左右的山脊，到山楚河至平原海拨仅50m左右，相对高差超过1000m，平均地形比降达1.5‰左右。从南侧边缘山地岭脊到山麓丘陵间，呈现海拨800-1000m、500-700m、300-400m等三级剖面。不同等级的剖面之间见陡坡过渡，各级剥夷面虽较窄，仍呈断续带状分布，与东西向构造线一致。区内各主要溪谷顺应坡面态势自南向北流，大致平行排列，但在其流程中无不弯曲转折，各山谷朝向更是多变。
乌云界国家级自然保护区，保护区东西长36.0km，南北宽16.5km，总面积33818公顷，其中核心区面积16385公顷，缓冲区面积7655公顷，实验区面积9778公顷。其中有森林面积27610公顷，森林植被覆盖率达92.5%。
乌云界国家级自然保护区位于湖南省桃源县南部，地处雪峰山脉的东麓、沅水的南岸，地理位置为东经111º07’20”-111º29’20”，北纬28º30’40”-28º39’47”之间。东与常德市鼎城区相连，南与益阳市安化县接壤，西邻桃源县太平铺乡，北与桃源县桃花源风景名胜区相望。
保护区范围共涉及29个行政村，为沙坪镇的沙坪、油溪、红花、湖湘坪、官店坪、赛阳、兰坪、后溪、湖坪、大约坪、晚溪、岩门界、竹山、小溪14个村，牯牛山乡的落马洞、金亏、凉山坳、仓湾、冷家溪、十八登、西坪、下管水、黄山溪、蔡家塘10个村和国营牯牛山林场，芦花潭乡的马王溪、向阳、老屋棚、黄石溪4个村，茶庵铺镇的西溪村。
乌云界国家级自然保护区属森林生态系统类型保护区，主要保护对象的典型性、稀有性、濒危性、代表性较强，在涵养水源、保持水土、调节气候、维持生态系统良性循环。
①蕨类植物资源
据调查，保护区内的蕨类植物有216种，隶属于35科79属，占湖南已知蕨类物种数、属数、科数的60.9%、69.8%、74.2%。乌云界蕨类植物优势群落是鳞毛蕨科和水龙骨科，分别占保护区蕨类物种数的19.0%、15.7%。
②种子植物资源
乌云界国家级自然保护区有种子植物1860种，隶属168科、768属，其中裸子植物7科17属29种，被子植物161科751属1831种。按性状分，区内有木本植物1011种、草本植物1065种、藤本植物215种，因此，乌云界是湖南植物区系丰富的地区之一。木本植物的科、属和种的数量分别占湖南省木本植物总数的78.0%、68.8%和43.3%。另外，该区植物的分布类型多样，含中国植物15个地理分布区类型中的14个。
乌云界国家级自然保护区植物的原始种类和珍稀种类比例较高。原始种类如木兰科、八角科、腊梅科、金粟兰科、杜仲科、小檗科、木通科、大血藤科和五味子科等在区内均有分布，孑遗植物银杏也分布于保护区内，这表明该区植物区系历史古老。国家一级保护植物有银杏（Ginkgobiloba）、红豆杉（Taxuswallichianavar.chinensis）、南方红豆杉（Taxuswallichianavar.mairei）和伯乐树（Bretschneiderasinensis）等4种，国家二级保护植物有金钱松（Pseudolarixamabilis）、蓖子三尖杉（Cephalotaxusoliveri）、榧树（Torreyagrandis）、鹅掌楸（Liriodendronchinense）等23种。
由于特殊的地理位置，该地形成了与其他区域不同的特性，主要表现在多种成分汇集、过渡性明显。乌云界国家级自然保护区植物区系既具有丰富的温带成分，又具有浓厚的热带色彩，各类热带成分共304属，热带属数占保护区木本植物总属数的45.4%；各类温带成分365属，温带植物属数占保护区总属数的54.6%。热带和温带两种区系成分所占比例接近，说明该区植物区系具有热带和温带成分过渡的性质，同时具有华东、华中和华南植物区系汇集和过渡的性质。
乌云界国家级自然保护区区内具有较多的中国特有属，其数量达28个，其中银杏、大血藤、杜仲、伯乐树等还是我国特有的单科或少种科植物，因此，更增添了它的研究和保护价值。
③真菌资源
乌云界的真菌有162种，隶属于28科49属。其中可食用的大型真菌有木耳、香菇、红汁乳菇等30余种，药用菌有灵芝、云芝等10余种，毒菌有灰花纹鹅膏、亚稀褶黑菇等20余种，这些都是具有良好开发利用价值的大型真菌。
区内有中国新记录种2种（沼生花褶伞、蓝绿乳菇），湖南省首次记录种10种（朱黄湿伞、大杯香菇、长棱鹅膏、本乡鹅膏近似种、拟托草菇、绒白鬼伞、褶纹鬼伞、变蓝粉褶菌、黄乳牛肝菌、轮纹韧革菌）。不难看出，该地真菌资源丰富，不但具有较高的保护价值，而且还具有极高的科学研究价值。
④植被类型多样性、典型性
乌云界国家级自然保护区地处中亚热带季风气候区，境内群峰叠嶂，最大相对高差达1000m，形成多样的独特生态环境，为各种植物的生长发育提供了得天独厚的条件。区内植被类型多样，除了地带性植被—常绿阔叶林外，还分布有常绿落叶阔叶混交林、落叶阔叶林、针叶林、竹林、灌丛、草丛等7个植被型，15个植被亚型，24个群系组，几乎包含了中国中亚热带地区所有的植被类型，具有中亚热带地区植被类型的典型性、多样性和系统性，这在中国乃至全球同纬度带内都是罕见的。
保护区的地带性植被——常绿阔叶林，分布于海拔50m～500m，随着海拔的递增，气温的递减和降水量的增多，依次分布有常绿落叶阔叶混交林（500m～700m）、落叶阔叶林（700m～900m），中山草甸（900m～1100m）四个垂直带谱，植被垂直带谱明显。但是这种因海拔高度的变化而引起的垂直分布并不完全符合因纬度的变化而引起的水平分布的变化，表现在构成群落的物种上有所差异外，还表现在群落的镶嵌现象突出以及过渡地带类型更为多样。这种分布规律在中国华中地区乃至中亚热带具有典型性和代表性。
茂密多样的植被营造了众多野生动物的理想庇护所，本区有野生脊椎动物28目71科201种，无脊椎动物21目162科999种，其中国家一级保护的野生动物有4种，国家二级保护的野生动物有23种。其中国家一级有银杏、水杉、伯乐树、红豆杉、南方红豆杉5种；国家二级有金钱松、蓖子三尖杉、巴东木莲、榉木等21种；国家级重点保护野生动物23种，其中国家级重点保护动物有华南虎、金钱豹、云豹、白颈长尾雉等4种；二级动物有穿山甲、金猫、大灵猫、小灵猫、红腹锦鸡等19种。
乌云界国家级自然保护区动物分布的一个显著特点是有大型猫科动物群落保存，特别是濒危物种华南虎踪迹。1999年9月以来，中国著名虎专家、中国工程院院士马建章，北京林业大学教授胡德夫，湖南师大生命科学院教授邓学建，中南林学院副教授杨道德以及常德市环保局、桃源县环保局和沙坪镇人民政府等数十名工程技术人员多次深入实地进行考察，对华南虎留下的足迹、粪便及树干上的挂爪进行鉴定，得出了有野生华南虎在乌云界生存活动的结论。此消息于2001年2月6日、2月15日先后在中国中央电视台、新华社进行了报导，并在《动物报导》（2001年第一期）刊载邓学建教授《湖南省桃源县发现华南虎踪迹》论文。随后，美国虎信息中心主任郎.提尔森、杰夫、赖拉尔等外国专家也深入实地考察，作出了相同的结论。
通过1987、1998、1999、2003年对湖南省桃源县乌云界自然保护区的鸟类实地调查，发现该处鸟类有91种，隶属12目27科，国家一级保护鸟类1种，国家Ⅱ级保护鸟类14种，“三有”保护鸟类43种，2003年8月对该地夏季鸟类调查发现该地夏季鸟类共31种，隶属6目13科：优势种为灰眶雀鹛（Alcippemorrisonia）；常见种有绿鹦嘴鹎（Spizixossemitorques），大山雀（Parusmajor）以及红嘴蓝雀（Urocissaerythrorhyncha）。多样性指数为1.2066，均匀度指数0.3514。
乌云界国家级自然保护区设立湖南乌云界国家级自然保护区管理局（以下简称管理局），行政上隶属县人民政府，业务上接受上级林业主管部门指导。管理局为保护区的管理机构，主要负责保护区的规划、保护、管理和执法，组织协调有关部门对保护区开展调查研究和保护管理。保护区所属各乡镇人民政府在管理局统一领导下，对保护区实行统一管理，重点负责保护区的农村事务。
①加强森林资源保护。保护区内严禁采伐天然林和毁林开荒、伐木烧炭及采种、采药等行为，核心区内严禁林木采伐。为了恢复天然林生态系统，需要对非核心区进行毛竹和人工林纯林采伐的单位或个人，须经管理局实地查看，签署踏查意见，经林业主管部门批准办理《林木采伐许可证》手续后，方可进行林木采伐。
②严格野生动植物保护。严禁在保护区内从事狩猎、捕蛇、捕鱼、打鸟等非法猎捕野生动物活动；严禁乱挖滥掘野生植物(包括树蔸)。因科研、驯养繁殖等其它特殊情况需猎捕野生动物或采集野生植物，须按程序报批，得到批准同意后，在管理局监督下，方可猎捕野生动物或采集野生植物。
③加强自然资源和景观保护。未经允许不能擅自在自然保护区内开山采石、采矿、挖沙、取土及进行其它改变地形、地貌和破坏植被的活动；严禁破坏保护区内洞、潭、瀑、泉等自然景观。
④加强环境保护。保护区内严禁乱扔、乱丢、乱倒生活垃圾；严禁在保护区内乱题、乱刻、乱画和毁坏批准设立的固定标语、标牌、界标；严禁在保护区内乱搭乱建。
⑤保护区在沙坪、赛阳、向阳、芦花、西溪、仓湾、落马洞等地分别设立检查站，负责查处非法出售、收购、运输木材和野生动植物及其产品的违法行为。芦花、王家湾、落马洞分别设立管理站，具体负责辖区内资源环境保护，依法查处破坏资源环境各类案件。
⑥加强森林防火。成立义务扑火队，设立必要的防火设施。严禁在保护区内燃放烟花鞭炮，烧香化纸，乱扔烟头和野外用火。因特殊情况需要用火的，必须经过当地林业主管部门批准，并报乌云界自然保护区管理局备案。发生森林火灾后，管理局和当地人民政府要及时组织扑救，并按规定程序上报。
明镜远照
明镜山，原名青风寨，位于沙坪镇金明村与杨溪桥乡稻箩坪村交界处，距沙坪古镇约一公里。登顶可观保护区雄姿。一山突起，南面陡峭，有如明镜高悬。山顶有庙，毁于文革，毁庙之时，梁木上刻有建于洪武二年等字样。
古镇风貌
沙坪镇，位于保护区北面，挨溪靠平，桃源县建镇较早的建制镇之一，是历代安化、桃源两县农民桐茶竹木等土特产集散交易之地，朝廷贡茶“乌云毛尖”即产于此。石板街、吊脚楼、一河清水形似弯弓，大小屋桥架在首尾，先后有《铁牛镇》、《竹山青青》、《葫芦晃悠悠》、《西去北丈峡》、《女儿船》等影视作品在此拍摄，素有“小南京”之美称。
猛虎跳涧
沿沙坪古镇溪水上行，有一峡谷，两侧陡峭，左侧峭壁上横生一石，恰似猛虎跳涧之势。
净水映日
净水庵是一座古庵。相传是历代旱年求雨圣庵，毁于文革，现存有遗迹及石碑若干，是沙坪的一块风水宝地，自古流传着一首民谣，道出了沙坪人间天堂：上有明镜照万山，下有四台把水关，左有五龙来戏水，右有净水保天干。亦有传说，当百姓在净水庵求雨时，观音菩萨即站在不远处的观音尖上为人间洒下甘露。
古寨凌霄
西溪入口二三里，有一对奇峰，恰如雌雄双剑直插云霄，又似仰卧美人双乳高耸挺拔，其险如壁，有一夫当关，万夫莫开之势。相传明洪武年间，鲁胡子起兵造反，建寨如此，名曰鲁家寨，并在两溪口竹节坪养有千军万马，后被官兵智取，用大炮火攻破之。
七娘竟眉
七娘坡，与鲁家寨对峙，相传鲁家寨被官兵攻破后，鲁太子率领七个妻妾飞升，七娘子贪看此处美景，误坠于此。亦传明镜远照亦为七娘所设。
龙洞春涨
西溪入口，沿溪行，溪临尽头有一壑古谷，瀑布高悬，潭深水碧，两侧古木参天，侧有一洞，名曰小龙洞，据传与十多里外之乌鸦池通，余另作有《小龙洞记》已记之。
云领积雪
乌云界自然保护区之核心区，最高峰既巫云界，于云雾山、神仙界连为一领，冬天雪早，春天雪迟，皑皑白雪，堆成一脉，远处一望，好似银龙腾空。
七凤起舞
七凤尖，在乌云界下，王家湾水库右侧，与赛五龙对峙，七峰从聚，有如七只凤凰翩翩起舞，登峰可将乌云界自然保护区核心区尽收眼底，领上芭茅丛生，是华南虎经常出没之地。
五龙戏水
雪峰山尾，王家湾水库与芦花水库之间，有一山名曰赛五龙，五条山脉汇集于此，主峰上有一尼庵，香火旺盛。据说祖师菩萨先在五雷山（慈利县）出家，转世后又到赛五龙出家，故在五雷山所许之愿能在此庵还愿，善男信女朝拜不断。
乌云界自然保护区属森林生态系统类型保护区，有中国华中地区低海拔地区现存面积最大、保存较完整的中亚热带常绿阔叶原始次生林，森林植被覆盖率达92.5%，是湘西北重要的水源涵养区和生态屏障。主要保护对象的典型性、稀有性、濒危性、代表性较强，在涵养水源、保持水土、调节气候、维持生态系统良性循环等方面具有重要作用。
保护区生态环境独特，为各种生物的生长发育提供了得天独厚的条件。保护区内有生物3438种，隶属464科，其中有国家一级保护物种10种，二级保护物种44种，同时还发现国家新纪录种2种，湖南新纪录种10种，待鉴定种12种。保护区内还保存了大片国家一级保护植物伯乐树群落、南方红豆杉群落和国家二级保护植物蓖子三尖杉群落以及众多古树名木。茂密多样的植被营造了众多野生动物的理想庇护所，保护区动物分布的一个显著特点是有大型猫科动物群落保存。因此，乌云界自然保护区不愧是雪峰山余脉一座巨大的天然基因库，具有极高的保护价值和研究价值。