星斗山国家级自然保护区位于鄂西南利川市、恩施市、咸丰县三县市境内。保护区属武陵山系北上余支和大巴山系巫山余脉齐岳山向东南的延伸部分,地处我国西南高山向东南低山丘陵过渡的第二和第三阶梯的过渡地带。境内山峦起伏,孤峰兀立,沟壑纵横,海拔672~1751.2m。本区地势中部高,四周低,河流分布呈典型的放射状水系,从中部顺着地质构成线和山势分向四面八方流出。水系大致分为:由东流入长江的清江水系;分别由东南、西南流入乌江的毛坝河、郁江的乌江水系;向西流入长江的石柱河;向西北和东北流入长江的建南河、磨刀溪和梅子水的长江水系。保护区地处武陵山脉与巫山山脉的交汇部,属中亚热带大陆性季风气候。因区内地形特殊,并有大巴山系巫山余脉作屏障,第四纪冰川期,未受到冰川的影响,使其成为第三纪植物的“避难所”。
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