桃源站位於湖南省西北部丘陵區的桃源縣樟江鎮，距湖南省會長沙市約190 km，地理位置為東經111°27′，北緯28°55′。在區域農業地貌中，河湖沖積平原占13.4 %，低丘崗地占49.3 %，山地占36.0 %。該站代表的經濟生態區域是我國亞熱帶中部以雙季水稻為主體的農業經濟區，代表區域類型為江南丘陵複合農業生態區，光、熱、水和生物資源豐富，氣候生產潛力高，複合農業經營發達，是我國傳統的糧、油、豬、棉、麻和亞熱帶水果生產基地。
湖南桃源農田生態系統國家野外科學觀測研究站的學科方向是複合農業生態學與生態系統最佳化管理。主要研究紅壤丘陵區複合農業生態系統的結構特徵、演替規律及其與生產力的關係，以及農業資源管理、最佳化配置和區域農業可持續發展的理論與技術。近期研究重點是，以集水區為系統單元，開展複合農業經營系統構建的生態學基礎研究及丘陵區農業高效可持續發展技術開發；依託CERN，進行水、土、氣、生等生態要素動態變化的長期定位監測，為生態網路和區域農業持續性發展研究提供基礎數據支持。
桃源站建站初期的任務只是承擔研究所的常規的農業田間試驗，是一個普通的農業實驗場。隨著國家需求的變化，以及研究所科研重點從一般農業問題逐步轉向與可持續發展密切相關的農業資源、生態與環境方面，桃源站也由一個普通的農業實驗場發展成了一個國家級的開放性的農業生態系統綜合觀測研究和教學基地。目前，桃源站的主要工作任務是：① 針對中國亞熱帶紅壤丘陵區高集約化複合農業發展中的生態環境問題，開展基礎性與套用性研究，以及生態農業技術集成與模式示範。重點研究領域是丘陵區複合農業生態系統的結構與功能最佳化、農業資源保護與高效可持續利用、退化農田生態系統的治理與修復等。② 開展亞熱帶丘陵區典型農業生態系統重要生態過程與生態要素的長期定位網路監測，為CERN的長期生態學觀測研究計畫。③ 作為開放的科研平台，為國內外科學家開展生態學領域的合作研究提供試驗基地和共享長期觀測研究數據。
桃源站研究工作主要分布在三個區域層面上，一是生態系統定位觀測研究試驗場；二是基地縣；三是環洞庭湖紅壤丘陵區。
該站的生態系統定位觀測研究試驗場面積12.2 hm2，為一個比較完整的自然集水區，具有較典型的江南丘陵區農業地貌與景觀特徵，有關的生態學基礎研究和長期定位監測計畫集中在該試驗場實施。
基地縣桃源縣是本站開展區域複合農業生態系統管理和農業資源最佳化配置研究，以及生態農業技術集成與模式示範的核心區域。桃源縣地處東經110°50′36″～111°36′32″，北緯28°24′30″～29°24′13″。在農業地貌中，河湖沖積平原占13.4%，低丘崗地占49.3%，山地占36.0%，是一個典型的以丘陵崗地為主體的農業縣，研究所和生態站有關區域農業發展的科研項目大多在該基地縣實施。
環洞庭湖紅壤丘陵區是中國科學院亞熱帶區域農業研究所最重要的科研活動區域，也是桃源站的主要科技示範區，包括長沙、湘潭、株洲、益陽、常德、岳陽6市的17個丘陵縣（市）。
