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地质公园内动植物资源丰富,生长着木本植物850多种,野生动物达400多种。由于地史的原因,张家界地质公园所在区域在第四纪冰川期未被大陆冰川完全覆盖,因而成为植物在第四纪冰川期的避难所,使得许多古老孑遗植物得以延续下来,该区域也成为中国植物区系中最有代表的自然遗产存地之一。根据《中国珍稀濒危保护植物名录》的规定,园区境内共有国家保护植物57种,其中一级保护植物有珙桐等10种,二级保护的树种有钟萼木、白豆杉、巨紫荆、香果树、蓖子三尖杉、金钱槭等10多种,三级保护的有黄杉、檫木、白樟树等20余种。
此外,地质公园区自然条件差异大,植物的垂直分带明显,群落完整,生态稳定平衡,为野生动物提供了良好的栖息环境,成为野生动物的乐园。有云豹、红腹角雉等一级国家保护动物和大鲵、猕猴、穿山甲、大灵猫、林麝等二级保护动物。属国家一级保护的树种有珙桐等。
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