大小兰沟自然保护区位于米仓山国家森林公园之中，1999年1月经四川省人民政府批准为省级自然保护区。总面积6932公顷（其中核心区面积1571公顷），占米仓山国家森林公园总面积的17.3％、占全县幅员面积的2%，活立木总蓄积为52.84万立方米。
该自然保护区属于暖温带森林生态型自然保护区，被中外林学和生态环保专家赞誉为四川省盆周山区的"聚宝盆"、"森林百宝箱"、"生物万花筒"和"珍稀物种种质基因库"的原始森林生态区！
阡陌交织、山路逶迤，保护区道路交通便利。远有古川陕米仓驿道，近有红四军长征小路，今有林区主干公路斜贯大小兰沟。保护区的核心区距南江县城80余公里（经魏家坝综合林场），到大坝林场6公里，至魏家坝综合林场26公里，经魏家坝综合林场至光雾山镇33公里，经光雾山镇达陕西省南郑县约110公里，距汉中市约125公里。
山高坡陡，峰回路转。保护区内沟壑纵横，溪涧泉泻，流水潺潺。南江县主要干流河之一的焦家河流贯大小兰沟14公里，自东向西，飞流直下广元市旺苍县，其境内称之为东河。东河注入嘉陵江，焦家河也是嘉陵江水系的重要源头之一。
在保护区内溯源焦家河汩汩流泉，有大小溪涧60余条，流域面积为80余平方公里。焦家河流域大小兰沟河段，河床紊乱，滩多水浅，流水湍急，落差起伏和经流量大，林区水能资源极为丰富，宜建中小型梯级水电站。
风和日丽，四季分明；光照充足，雨量充沛。保护区年平均气温13℃，绝对最高温度为27℃、最低温度为-12℃，年相对湿度80%，年日照1570小时，无霜期244天，年降水量为1400毫米。
山峦起伏、群峰叠障，奇峰险谷、纵横交错。大小兰沟的成土母岩为火成岩，主要类别有花岗岩、闪长岩等。独特的地质结构，其地质年代久远，经历次造山运动、长期风化剥蚀和雨水淋溶等理化作用形成了保护区内主要土壤型为山地黄壤和黄棕壤。春夏秋冬，四季更迭，土壤表面常年堆积枯枝落叶，原生腐殖质土层较厚，呈微酸性的沙质壤土肥力较高。
一方水土，养育着一方生灵。神奇土地，孕育了无数宝藏。大小兰沟的落叶阔叶混交林植被、生物群落结构、自然景观和生态环境均保存完好。特别是野生动植物种类繁多，有野生动植物种类2000余种，生物生态多样性和遗传品系多样性非常明显，被誉为"森林百宝箱"、"生物万花筒"和"珍稀物种种质基因库"，堪称巴山明珠。
据有关地质资料介绍，米仓山隆起于古生代志留纪晚期约14亿年前的加里东运动，比四川盆地形成期还要早，这给古生代植物的生长繁衍和演替奠定了坚实的基础。后虽经第四纪冰川侵袭和新的造山运动及气候巨烈变化，但由于受秦岭和大巴山脉的双重屏障，使米仓山南麓成了许多植物的避难场所，从而有许多珍稀植物得以保存。
现已初步查明，大小兰沟自然保护区内仅乔木树种便有91科233属近600种，其中属国家级保护植物有红豆杉、鹅掌楸、连香树等6种，属于省级重点保护植物有巴山水青冈、南江枫杨、灰叶稠李等14种，达17科20属20种国家和省重点保护植物。林区内栖息的野生动物有26目61科195种，其中属国家级野生保护动物有云豹、黑熊、大鲵、穿山甲、大灵猫等24种，属省级重点保护的野生动物有毛冠鹿、鹭丝、红腹角雉、细鳞裂腹鱼等17种。林区内药草植物丰富，主要有田七、细辛、党参和天麻等，还有猕猴桃和各种野生香菇等经济植物。
原始森林净土，培育着奇特的落叶阔叶森林群落景观。该保护区属典型的北暖温带森林生态型自然保护区，森林植被类型主要有葛藤-厥类-水青冈及栎类，杜鹃-木竹-水青冈及栎类，箭竹-巴山水青冈及栎类。禾本-藤木-灌丛-巴山水青冈纯林是大小兰沟森林群落景观的显著特征。
大小兰沟自然保护区的主要建群树种为四川省三级重点保护树种-巴山水青冈（FaguspashanicaC.C.Yang）。在植物分类中，巴山水青冈属被子植物门壳斗科水青冈属（Fagus.L.）植物，系四川省林业勘察设计院教授级高级工程师杨钦周于1975年8月首次在大江口林场的沙河坝发现的树木新种，1987年5月被省政府定为四川省三级重点保护树种。巴山水青冈为落叶阔叶大乔木，树干高大通直，一般胸径为10-90厘米、高5-25米。因树皮灰白、光滑，林区群众称之为白光子，又名"榉木"或"山毛榉"。其木材白色，细致优良，坚韧抗压，经久耐用，商品材价值高，可供机械、建筑、家具和军工等用材；种籽可加工提取食用植物油。该树种砍伐后萌生能力强，也可天然下种更新，且生长迅速，为优良的造林树种。秋天，落叶缤纷，漫山红叶洒遍大小兰沟，巴山水青冈又是一珍贵的风景观赏树种。
中国是水青冈属植物分布较多的国家，水青冈属（Fagus.L.）这个家族约有11位成员，有7名兄弟姊妹生长在中国。大小兰沟除巴山水青冈外，还有米心水青冈（Fagus-engleriana）、亮叶水青冈（FaguslucidaRehd.etWils.）和长柄水青冈分布。
巴山水青冈特产于大巴山区，大小兰沟自然保护区随巴山水青冈的出名享誉中外。巴山水青冈地理分布范围狭窄，仅在大巴山区的四川省青川、旺苍、通江和南江等地呈狭长分布，另外在湖南石门、湖北神农架和陕西南郑及佛坪等地有少量零星分布。大小兰沟有2000多公顷的巴山水青冈纯林分布，属世界范围内分布最集中、面积最大、原始生态保存最完整的一片。是世界上水青冈属植物的分布中心和起源中心，也是我国植物区系地理分布的重要分界线。巴山水青冈是第四纪冰川孑遗植物，树种珍贵稀少，世界稀有、中国少有、四川特有、南江独有，素有植物活化之称，具有重要的科研、教学、生态环保、遗传育种和社会经济价值。
大小兰沟自然保护区随巴山水青冈的出名享誉中外。中国科学院成都生物研究所、中国林科院、省林业勘测设计院、省林科院、北京林业大学、西南林学院、重庆中药研究所和四川师范大学等科研教学单位的专家学者曾多次到大小兰沟进行科学考察、研究、教学和学术交流活动。特别是1995年9月和1996年9月，法国蒙比利埃大学林学教授切博夫妇、波尔多第一大学教授贡普斯父子，在北林大留法博士后李俊清副教授和四川省林科院彭培好林学硕士的陪同下，先后两次来保护区进行科学考察和学术研究，获得了极大成功，并对自然保护区的科研、生态和自然景观给予了高度评价。2002年6月，大小兰沟自然保护区被列为中德合作自然保护区自然资源保护项目，先后有数批德国专家多次来保护区开展社区林业和自然资源保护工作。
大小兰沟自然保护区历史文化厚重，附近留下许多优美传说。从依稀可见的三国"牟阳城"遗址考证，三国时期的萧何月下追韩信的截贤岭，韩信率兵征战时的大坝点兵台，诸葛亮六出祁山；唐代章怀太子李贤被贬巴州（今巴中市区）曾从林中通过，并避难于大小兰沟；宋天禧二年金兵入风州，金元帅程松亟取道古米仓驿道的巴峪关，林缘可辨古川陕米仓驿道痕迹。后白莲教农民起义军也在大小兰沟附近的"牟阳城"招兵买马，奋勇抗清，血染米仓，声震川陕。现代革命历史上红四方面军将领徐向前、李先念、王树声等同志曾在此征战数月，红四方面军长征时留下的巴山游击队将士曾在大小兰沟附近的桃园（光雾山镇）等地与敌周璇奋战，游击队长赵明恩烈士血洒诸晁沟（即珍珠沟·十八月潭）。贾郭山腰的望乡台上流传着赵琼瑶《四下河南》，牟阳故城中传诵着《骑马射箭牧羊女》和"木兰花开香满屋"等动人故事。
给人类留下一片净土，给大自然的生灵留下一片栖息繁衍的空间！大小兰沟的自然原始生态和社会人文景观，一直得以严加保护。珍贵的森林植物，完美的生态环境，神奇的历史传说，使大小兰沟这颗巴山明珠更具有保护价值和开发利用价值。目前，正在积极申报立项拟建国家级自然保护区。