陜西桑園自然保護區是2002年8月經陜西省人民政府批準成立的省級自然保護區,后于2009年9月晉升為國家級自然保護區。保護區位于陜西省漢中市留壩縣東北角,處于秦嶺中段大熊貓自然保護區群的西緣,東部緊鄰牛尾河自然保護區,南鄰摩天嶺、板橋和盤龍自然保護區,西部與屋梁山自然保護區和青木川自然保護區相望。桑園保護區處于相鄰幾個保護區的中心地帶,是秦嶺中部大熊貓種群向西擴散的必徑之地。保護區總面積13806公頃,其中國有林9342公頃,占保護區總面積的67.7%,集體林4464公頃,占保護區總面積的32.3%。功能區劃:核心區為8769.02公頃,占保護區總面積的63.71%;緩沖區為2620.69公頃,占保護區總面積的18.98%;實驗區為2389.33公頃,占保護區總面積的17.31%。
桑園保護區是以大熊貓及其棲息地為主要保護對象的野生動物類型自然保護區,通過科學考察表明,保護區有高等維管束植物1099種,野生脊椎動物249種,大型真菌68種,昆蟲1353種。在這些眾多的物種中,有紅豆杉、秦嶺冷杉、連香樹、水青樹、水曲柳等國家Ⅰ、Ⅱ級珍稀保護植物9種。在保護區的主峰摩天嶺分布有近2000公頃面積的秦嶺冷杉群,其規模在整個秦嶺地區較為罕見。
除植物資源外,保護區的野生動物資源也非常豐富,有國家一級保護野生動物6種:如大熊貓、金絲猴、羚牛、林麝等;二級保護野生動物24種:如黑熊、大鯢、大鵟、鬣羚、斑羚等。保護區主要范圍為大熊貓的適宜棲息地,面積為11508公頃,占保護區總面積的83.4%。除動植物資源外,保護區內還有摩天嶺、奎心樓、紅花嶒瀑布等以高、寒、奇、險為特色的天然旅游景觀資源。
桑園保護區在歷史上一直是秦嶺大熊貓的重要分布區,從1984年5月初,當地村民肖平貴上山采藥,在磚頭壩組的香爐溝發現了多處大熊貓糞便,并經佛坪保護區管理局進行了鑒定,隨后進行了跟蹤調查,在磚頭壩組、梨子壩組、小川子四組發現了多處大熊貓食跡及其糞便,從取食竹子的高度和糞便及新舊程度來推斷,這幾處當時至少有3—5只大熊貓。1987年11月7日下午四時左右,正在桑園林場搞二類資源調查的技術員王忠榮等三人在范條峪四組三道溝樺木梁中部(1900米)首次觀看到活體大熊貓。1996年6月中旬,桑園壩鄉田壩村村民在磚頭壩椿樹溝挖藥時,看見河邊一只大熊貓在喝水,喝完水后慢慢地爬上山坡。1997年8月,范條峪村磚頭壩組村民肖平貴在繚線溝發現大熊貓實體。同年全國陸生野生動物普查對在本縣進行外業調查時,在保護區范圍內的松坪子、磨子溝、三道溝等地發現了大熊貓活動痕跡(啃食后的殘竹和糞便)。1999年3月在桑園壩鄉與磚頭壩一梁之隔的沙嶺子村大巖方組戴家灣魏朝忠家附近發現一只患病的大熊貓,發現這只大熊貓時, 這只被3條家犬圍困了一夜, 從5米高的松樹上摔下來的大熊貓身體蜷曲,神情呆滯,不喝水,只吃少量的本地甘蔗,排泄的糞便有粘液?h林業局接到報告后立即組織了營救活動。經過用藥、喂食、喂水等精心搶救措施后,這只成體雌性體重75公斤、年齡約5歲左右、取名為“留留”的大熊貓,兩眼紅腫、厭食、行動遲緩等癥狀消失,精神恢復正常,并于3月6日運往陜西省珍稀野生動物救護飼養研究中心進行進一步救治觀察,多家媒體進行了報道。經過七年的休養后,于2006年國慶前“留留”被送往太原動物園借展,2008年返回陜西樓觀臺休養,目前“留留”生長狀況良好。
全國第三次大熊貓調查顯示,桑園保護區內有大熊貓成體7只(不含亞成體),根據近兩年的監測數據分析加上幼體和有時從相鄰牛尾河省級自然保護區、長青國家級自然保護區、摩天嶺省級自然保護區遷徙過來的大熊貓,估計目前區內有大熊貓在20只左右。