卧龙自然保护区森林覆盖面积达11.8万公顷，约占保护区总面积的56.7% ，灌丛草甸覆盖面积约3.04万公顷 ，复杂多变的自然条件造成了植物种类与群落的多样性 。
自然植被：卧龙自然保护区的植物区系起源古老，具有较多的特有种属和子遗植物 。根据植物种类组成和植被的外貌特征，卧龙的植被可化分为以下6种类型：
（1）常绿阔叶林：分布在海拔1600米以下地段 ，建群种主要有樟科、山毛榉科 、山茶科和冬青科植物。林内有少量桦木科 、槭树科和胡桃科等的落叶阔叶树种 ，林下有大面积的白夹竹（Phyllostachys nidularia）油竹子（Fargesia angustissima）和拐棍竹（Fargesia rebusta），植被外貌四季常绿 ，季节变化不明显。
（2）常绿落叶阔叶混交林：分布在海拔1600－2000米地段 ，建群种中，常绿的有山毛榉科、樟科等树种 ，落叶的有桦木科、胡桃科 、槭树科等树种 ，局部地区有连香树（Cercidiphyllum japonicum）珙桐（Davidia involucrata）水青树（Te tracentron sinense）领春木（Euptelea pleiospermum）等珍稀的古老孑遗植物伴生，林下层以拐棍竹为主 ，植被外貌季节变化明显 ，春夏深绿与嫩绿相间，入秋则绿 、黄、红 、褐等诸色渗杂 ，冬季仅林冠有少量绿色点缀于白色世界中 。
（3）针 、阔叶混交林：分布在海拔2000－2600米地段 ，建群种中，阔叶树种有红桦（Betul albo-sinensis）槭树（Acer spp.）藏刺榛（Corylus forox）椴树（Ti lia chinensis）等，针叶树种有铁杉（Tsuga spp.）表吊杉（Picea brachytyla）四川红杉（Larix mastersiana）松树（Pinus spp.）等 ，林下广泛分布着拐棍竹 ，局部地区有大箭竹（Yushania ch ungii）冷箭竹（Bashania fangiana），植被外貌季节变化显著 ，春夏呈翠绿色 ，秋末冬初则七彩斑阑，构成卧龙自然保护区的一大景致 。
（4）寒温性针叶林：分布海拔2600－3600米地段 ，建群种有表吊杉 ，多种冷杉（Abies spp.）方枝柏（Sabina saltuaria）四川红杉等，林下有大面积的冷箭竹 ，约占全区竹类总面积的50% ，局部地区还有大箭竹、华西箭竹（Fargesia nifida），植被外貌呈暗绿色 ，季节变化不明显。
（8）耐寒灌丛和高山草甸：分布海拔3600－4400米 ，耐寒灌丛以紫丁杜鹃（Rhododendron violaceum）牛头柳（Salix dissa）细枝绣线菊（Spiraea myrtlloides）华西银露梅（Potentilla glabra）和香柏（Sabina pingil）为主，高山草甸有：以珠芽蓼（Polygonum viviparum）为主的杂草类草甸，以羊茅（Festuca ov ina）为主的禾草草甸 ，以矮生蒿草（Kobresia humilis）为主的莎草草甸 ，夏季百花齐放，景色宜人 。
（6）高山流石滩稀疏植被带：分布在海拔4400－5000米地段 ，主要由多毛 、肉质的矮小草本植物组成 ，如多种凤毛菊（Saussurea spp.）多种赀耳草（Saxifrag a spp.）多种红景天（Rhodiola spp.）蚤缀（Arenaria spp.）点地梅（Andresace spp.），另外还有少量的地衣和苔藓植物 。 保护区内有各种兽类50多种 ，鸟类300多种 ，此外还有大量的爬行动物，两栖动物和昆虫。区内分布的大熊猫约占总数的十分之一 ，被誉为“大熊猫的故乡 ” 。除了大熊猫外 ，还有金丝猴 、扭角羚、白唇鹿 、小熊猫 、雪豹、水鹿 、猕猴 、短尾猴、红腹角雉、藏马鸡 、石貂 、大灵猫、小灵猫 、猞猁 、林麝、毛冠鹿 、金雕 、藏雪鸡、血雉等几十种珍稀野生动物 。鸟类种类繁多，占中国特种鸟类的50%。是世界上古老生物种保存最多最完好的地区之一 。这些动物主要生活在2200～3600米之间的气候温凉的针阔叶混交林及箭竹林地带 。
动物群落：卧龙自然保护区的动物区系组成 ，随海友的增高 ，东洋界成分逐渐减少，而古北界成分逐渐增多，根据区内的各种自然因素及动物的区系和种类组成 ，动物的地理分布可划分为以下5种类群：
（1）亚热带南方嘉湿动物群：分布于海拔1150－2000米的常绿阔叶林及常绿落叶阔叶混交林带 ，区系组成主要是东洋界的种类，有少量的古北界种类和广布种。生态地理动物群落是由季负区亚热带阔叶林和林灌动物群组成 。半树栖生活的有南亚热带的云豹 ，暖温带的猕猴 ，中亚热带的藏酋猴，亚热带的红腹锦鸡 ，广泛分布的鸢 ，以及古北界的雀鹰 、松雀鹰 、红脚隼、领鸺鹠 、斑头鸺鹠等猛禽类，林灌型动物有季风区的豹 、黄喉貂 ，北亚热带的金猫 ，中亚热带的大灵猫、小灵猫，南亚热带的豺和水鹿 。山溪水栖的有以鱼类为食的水獭 ，游禽类的鸳鸯和珍贵稀有的凶猛鱼类－川陕哲罗鱼。
（2）适温性南北动物群：分布于海拔2000－2600米的针阔混交林带。动物的区系组成与上带比较 ，东洋界种类开始减少，而季风区古北界种类有所增加，生态地理动物群落是由适温性针阔混交林灌动物群组成 ，树栖种类有西南特有的古老动物金丝猴 ，猛禽类除金雕和鸢等广布种外，主要是古北界种类 ，如雀鹰、松雀鹰 、普通鵟 、棕尾鵟、秃鹫 、乌雕 、红脚隼、雕鸮 、灰林鸮等 ，半树栖的有南亚热带的云豹，中温带的黑熊和北亚热带的金猫等猛兽 ，东洋界的红腹角雉 ，古北界的勺鸡 、血雉等 。林灌生活的主要是喜马拉雅横断山脉型的大熊猫、小熊猫 、林麝等，还有南亚热带的水鹿 ，季风区的黄喉貂等 ，林缘峭壁活动的主要是北亚热带的鬣羚 。
（3）寒温性北方动物群：分布于海拔2600－3600米的针叶林带。区系组成中，兽类的东洋界成分与古北界成分混杂掺半 ，而鸟类则主要是古北界种类 ，树栖种类主要是古北界种类，如斑尾榛鸡 、血雉、雕鸮 、灰林鸮 、松雀鹰、棕尾鵟、普通鵟 、乌雕等，另外还有少量的东洋界种类 ，如金丝猴 、红隼等和广布种金雕等 。林灌生活的主要是大熊猫和小熊猫 ，林缘有高地型的马熊、马麝，林缘峭壁 、峰林和岩石间活动的有鬣羚 、斑羚、岩羊等 。
（4）耐寒性高地动物群：分布于海拔3600－4400米的高山灌丛草甸带。区系组成主要是古北界的种类 ，除少量西南地区和北方种类外 ，主要是青藏高原的高地型动物，西南山地的种类有扭角羚 、绿尾虹雉 、藏马鸡等 ，青藏高原高地型的种类有白唇鹿、白臀鹿 、雪豹 、马麝、岩羊 、雉鹑等 ，北方型的有石貂，中亚型的有兔猕等 ，另外还有古北界的普通鵟 、兀鹫、胡兀鹫等大型猛禽 。
（5）耐高寒的青藏高原动物群：分布于海拔4400米以上的流石滩稀疏植被带 。如雪豹、白唇鹿 、白臀鹿 、岩羊、雪鹑 、藏雪鸡等。它们全属青藏高原向东延伸的种类 。
重要物种
兽类
有86种 ，录属7目24科，其中啮齿目7科26种 ，食肉目7科23种 ，食虫目3科14种，偶蹄目3科12种，翼手目2科6种 ，兔形目1科2种 ，灵长目1科3种 。
区系组成复杂，它既有北方的种类（如全北界特有的鼠兔科 、跳鼠科及主要分布于全北界的鼹鼠科） ，也具有南方的种类（如旧大陆热带－亚热带特有的竹鼠科及主要分布于这一地区的猴科、灵猫科和豪猪科） ，更具有横断山脉－喜马拉雅山脉特的有或主要分布于这一地区的兽类，如大熊猫 、小熊猫 、四川水麝鼩、蹼鼩等。
从兽类的区系从属关系来看 ，可以分为以下几个类型：
（1）古北种：主要或完全分布于古北界的种类 ，共26种，占保护区已知兽类种数的30.21% ，如狼 、狐 、藏鼠兔和岩羊等 。
（2）东洋种：主要或完全分布于东洋界的种类 ，共54种，占62.79% ，台马铁菊头蝠、短尾猴 、猕猴 、金猫、云豹、大熊猫 、小熊猫 、四川短尾鼩和毛冠鹿等 。
（3）广布种：广泛分布于古北界、东洋界的3种 ，即香鼬 、野猪和小家鼠，占保护区的3.5%。
（4）区系从属关系不明者3种，占3.5%。
由于该区地势相对海拔高度变化大 ，兽类垂直分布差异明显 。其趋势是随着海拔高度的增加 ，各垂直带的兽类种数递减，古北种逐渐增加 ，东洋种 、广布种逐渐减少 。除高山灌丛草甸带外 ，各带中占优势的是东洋种，占种数的75%以上 ，而古北种均在21%以上。
兽类中不少种类是我国特产或主产的珍稀动物 ，其中属于国家一类保护动物的有熊猫、金丝猴 、牛羚和白唇鹿等四种，其数量除白唇鹿外均较大；属于国家二类保护动物的有猕猴 、短尾猴、小熊猫 、兔狲 、金猫、猞猁 、云豹 、豹、雪豹、林麝 、马麝 、毛冠鹿、水鹿 、白臀鹿等14种；属于国家三类保护动物的有石貂 、大灵猫、小灵猫 、斑羚 、鬣羚、岩羊等六种 。
除国家规定的保护动物外 ，毛皮兽和制革用的动物种类共22种 ，如黄鼬 、赤狐 、黄喉貂、貉 、果子狸 、豹猫、小鹿、豺和猪獾等 。药用动物的种类也较多，其中许多属于国家保护动物 ，如林麝 、马麝 、水鹿和白唇鹿等；此外如猴、豹 、鬣羚和斑羚等的角或骨均可入药。
鸟类
该区共有鸟类232种和另3亚种 ，隶属13目38科，其中繁殖鸟212种，非繁殖鸟20种 。在繁殖鸟中 ，其区系从属关系可分为三个类型：
（1）古北种：有113种 ，占繁殖鸟种数的53.3%；
（2）东洋种：有85种，占40.1%；
（3）广布种：有14种 ，占6.6% 。
该区鸟类在区系组成上 ，古北界与东洋界的种类互相渗透，混杂十分明显。例如有属于古北界华北区的雨燕 ，有属于典型的青藏高原种类的雪鹑 、雪鸡、雉鹑 、岩鹨 、林岭雀、高山岭雀和多种朱雀等；有属于北方型的旋木雀 、牛采伯劳等；有属于东洋界而为西南区特有的种类如血雉 、绿尾虹雉、斑尾榛鸡等；也有在东洋界特别繁盛而分布在该区的画眉类 、山椒鸟和太阳鸟等；还有主要分布于华中区的红腹锦鸡 。
各垂直带的鸟类其种群替代现象明显 ，从亚热带常绿阔叶林带到高山灌丛草甸带，古北种的种数及其占繁殖鸟类种数的百分率逐渐增加 ，各带东洋种的种数及其占该带繁殖鸟类种数的百分率随海拔的增高而降低；广布种的种数及其所占百分率也是随海拔的增高而明显地降低 。
在保护区内珍稀鸟类也不少 ，属于国家二类保护动物的有红腹角雉 、绿尾虹雉、藏马鸡等三种；属于国家三类保护动物的有金雕、蓝马鸡 、血雉三种。区内有我国特产的鸟类29种，占全国特产鸟类的50% ，如斑尾榛鸡 、雉鹑、绿尾虹雉 、橙翅噪鹛 、酒红朱雀等 。羽用鸟类有20种 ，主要是雉类、鹰雕类，尤其是雉科鸟类达11种之多，数量也较大 ，它是重要的狩猎鸟类 。在保护区内 ，仅食虫鸟类就达69余种，另外还有苍鹰 、鸮类等。
爬行类
该区爬行类共有14种 ，隶属于2目5科 ，其中蜥蜴类三种即蝘蜒 、康定滑蜥和白条草蜥；蛇类11种即美姑脊蛇、横斑锦蛇 、紫灰锦蛇 、颈槽游蛇、斜鳞蛇 、翠青蛇 、福建颈斑蛇、乌梢蛇、丽纹蛇 、菜花烙铁头 、山烙铁头等。其中美姑脊蛇、横斑锦蛇仅见于四川，可能是四川盆地西缘山地的特有种 。区内爬行类均属东洋界成分 。
大部分蛇类均分布于海拔2500米以下的地区 ，菜花烙铁头是有毒蛇 ，在保护区内为优势种。蝘蜒 、斜鳞蛇 、颈槽游蛇等为常见种 。
两栖类
该区两栖类共有10种，隶属于2目4种 ，其中有尾目一种即西藏山溪鲵；无尾目九种 ，即沙坪角蟾、多顶齿突蟾 、宝兴齿蟾 、华西蟾蜍、沼蛙 、日本林蛙 、花臭蛙、理县湍蛙 、四川湍蛙等 。
就上所述两栖类的区系成分来看，均为东洋界成分 ，其中沙坪角蟾 、金顶齿突蟾和理县湍蛙是四川特有种。沙坪角蟾在二十一世纪初仅分布于四川盆地西缘山区 ，金顶齿突蟾早在三十年前首次在峨眉山金顶发现，这里是它的第二个分布区 。北方山溪鲵、华西蟾蜍、四川湍蛙主要分布于西南区；宝兴齿蟾在2012年时仅分布于四川 、甘肃；其余种类主要分布于华在区 、华南区 。
鱼类
有6种，即齐口裂腹鱼、重口裂腹鱼 、细尾条鳅 、石斑鮡及两种未定名的条鳅 ，隶属于2目3科。
六种鱼都是定居型鱼类 ，就其区系从属关系看，两种裂腹鱼和三种条鳅属于中亚高原山区区系复合体 ，是高寒冷水性鱼类 ，属古北界成分；石斑鮡属于中印山区区系复合体，是适应急流水域的典型代表 ，属东洋界成分 。所以保护区的鱼类应属古北界 ，但有个别东洋界的种类渗入 。
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