Sachverhalt:
A. X._ ist Eigentümer der 6.5 ha grossen Parzelle Nr. 710, Grundbuch Eschenbach. Das Grundstück liegt gemäss Zonenplan vom 3. November 1994 in der Landwirtschaftszone. Ein kleiner Teil der Parzelle trägt den Hinweis "Wald", während zwei Bereiche der Grünzone zugewiesen sind. Im kantonalen Richtplan ist das Grundstück im "Lebensraum bedrohter Arten - Schongebiete" eingetragen; die Schutzverordnung der Gemeinde samt Schutzplan vom 3. November 1994 nimmt diese Zuteilung auf: Sie weist das Grundstück ebenfalls dem "Lebensraum Schongebiete" und dem Landschaftsschutzgebiet zu. Die im Zonenplan ausgeschiedenen Grünzonen sind im Verzeichnis der Naturschutzgebiete als Nrn. T4 (Trockenstandort Letzi [trockene Magerwiese in südexponierter Steilhanglage mit typischer Trockenpflanzengesellschaft]) und N27 (Bodenholz [sehr schönes, lang gezogenes Flachried mit Wasserfall an der Entwässerungsstelle]) aufgeführt.
B. Am 17. Februar 2009 erliess der Gemeinderat Eschenbach eine revidierte Schutzverordnung und den dazugehörigen Schutzplan. Die erwähnten beiden Naturschutzgebiete T4 und N27 sind darin wiederum verzeichnet, letzteres neu mit einer Pufferzone. X._ erhob innert der Auflagefrist Einsprache und verlangte einerseits die Entlassung der Parzelle Nr. 710 aus dem Schongebiet. Andererseits seien die erwähnten Trocken- und Nassstandorte nicht über das heutige Ausmass hinaus zu erweitern. Der Gemeinderat wies die Einsprache am 16. Dezember 2009 ab und verfügte, der bereits rechtskräftig ausgeschiedene Trockenstandort sei vorschriftsgemäss extensiv zu bewirtschaften.
Dagegen gelangte X._ ans Baudepartement des Kantons St. Gallen. Dieses holte beim Amt für Raumentwicklung und Koordination (AREG) eine koordinierte Vernehmlassung ein und wies den Rekurs am 5. Oktober 2010 ab, soweit er nicht zufolge Rückzugs gegenstandslos geworden war.
C. Gegen den Rekursentscheid erhob X._ Beschwerde beim kantonalen Verwaltungsgericht. U.a. beantragte er, sein Rechtsmittel sei insofern zu schützen, als das Naturschutzgebiet T4 auf den steilen Grashang zu beschränken und nicht über die Krete hinaus zu erweitern sei. Das Gebiet N27 dürfe nicht über das heutige Ausmass hinaus erweitert werden. Das Verwaltungsgericht schützte den Departementsentscheid mit Urteil vom 20. September 2011.
D. Mit als "teilweisem Rekurs" bezeichneter Eingabe vom 26. Oktober 2011 beantragt X._ dem Bundesgericht die Aufhebung des verwaltungsgerichtlichen Urteils, soweit dieses den Trockenstandort T4 betrifft. Die Schutzverordnung bzw. der Schutzplan der Gemeinde Eschenbach seien dahingehend anzupassen, dass Plan und Beschrieb übereinstimmten und die Fläche T4 auf die Steilhanglage beschränkt werde.
Der Gemeinderat Eschenbach schliesst auf vollumfängliche Abweisung der Beschwerde, ebenso das Baudepartement und das Verwaltungsgericht des Kantons St. Gallen. Das Bundesamt für Umwelt (BAFU) hat sich ebenfalls zur Angelegenheit vernehmen lassen. Aus seiner Sicht steht das angefochtene Urteil im Einklang mit der eidgenössischen Umweltschutzgesetzgebung.
In seiner weiteren Eingabe vom 16. Februar 2012 hält der Beschwerdeführer sinngemäss an seinen Anträgen fest.

Erwägungen:
1. 1.1 Gegen den kantonal letztinstanzlichen Entscheid des Verwaltungsgerichts, der sich u.a. auf das eidgenössische Raumplanungsgesetz vom 22. Juni 1979 (RPG; SR 700) und das Bundesgesetz über den Natur- und Heimatschutz vom 1. Juli 1966 (NHG; SR 451) stützt, steht grundsätzlich die Beschwerde in öffentlich-rechtlichen Angelegenheiten offen (Art. 82 ff. BGG). Als solche ist der "Rekurs" entgegenzunehmen. Der Beschwerdeführer hat am kantonalen Verfahren teilgenommen, ist Grundeigentümer einer Parzelle in der umstrittenen Schutzzone und ist durch die entsprechenden Auflagen in der Nutzung seines Grundstücks eingeschränkt. Er ist damit grundsätzlich zur Beschwerde legitimiert (Art. 89 Abs. 1 BGG). Da auch die übrigen Sachurteilsvoraussetzungen erfüllt sind, ist unter Vorbehalt von E. 1.2 hiernach auf die Beschwerde einzutreten.
1.2 Nach Art. 42 Abs. 2 BGG ist in der Begründung in gedrängter Form darzulegen, inwiefern der angefochtene Akt Recht verletzt. Dies setzt voraus, dass sich der Beschwerdeführer wenigstens kurz mit den Erwägungen des angefochtenen Entscheids auseinandersetzt. Genügt die Beschwerdeschrift diesen Begründungsanforderungen nicht, so ist darauf nicht einzutreten. Zwar wendet das Bundesgericht das Recht grundsätzlich von Amtes wegen an (Art. 106 Abs. 1 BGG); dies setzt aber voraus, dass auf die Beschwerde überhaupt eingetreten werden kann, diese also wenigstens die minimalen Begründungsanforderungen von Art. 42 Abs. 2 BGG erfüllt.
Strengere Anforderungen gelten, wenn die Verletzung von Grundrechten (einschliesslich der willkürlichen Anwendung von kantonalem Recht und Willkür bei der Sachverhaltsfeststellung; dazu <ref-ruling> E. 1.4.3 S. 255) geltend gemacht wird. Dies prüft das Bundesgericht nicht von Amtes wegen, sondern nur insoweit, als eine solche Rüge in der Beschwerde vorgebracht und begründet worden ist (Art. 106 Abs. 2 BGG). Für derartige Rügen gelten die gleichen Begründungsanforderungen, wie sie gestützt auf Art. 90 Abs. 1 lit. b OG für die staatsrechtliche Beschwerde gegolten haben (<ref-ruling> E. 1.4.2 S. 254 mit Hinweisen). Die Beschwerdeschrift muss die wesentlichen Tatsachen und eine kurz gefasste Darlegung darüber enthalten, welche verfassungsmässigen Rechte bzw. welche Rechtssätze inwiefern durch den angefochtenen Erlass oder Entscheid verletzt worden sind. Das Bundesgericht prüft nur klar und detailliert erhobene und, soweit möglich, belegte Rügen; auf rein appellatorische Kritik am angefochtenen Entscheid tritt es nicht ein. Wird eine Verletzung des Willkürverbots geltend gemacht, muss anhand der angefochtenen Subsumtion im Einzelnen dargelegt werden, inwiefern der Entscheid an einem qualifizierten und offensichtlichen Mangel leidet (BGE 130 I 258 E. 1.3 S. 261 mit Hinweisen).
1.3 Vorab festzuhalten ist, dass sich die Beschwerde nunmehr einzig gegen den Trockenstandort T4 richtet. Der Nassstandort N27 ist nicht mehr Gegenstand des Verfahrens.
2. Der Beschwerdeführer bestreitet in erster Linie sinngemäss die Qualität des Standorts T4 als Schutzobjekt. Das Verwaltungsgericht stütze sich auf die Aussagen der Gemeinde, ohne diese zu verifizieren. Es werde nicht auf tatsächliche Daten zurückgegriffen. Weiter bemängelt der Beschwerdeführer die Ausdehnung des Trockenstandorts. In der Beschreibung sei lediglich die Rede von einem Steilhang. Die betroffene Fläche liege zu einem massgeblichen Teil nicht am Hang.
Dazu gilt es vorab, die rechtlichen Grundlagen für die nun umstrittenen Schutzmassnahmen aufzuzeigen.
2.1 Nach Art. 18 Abs. 1 NHG ist dem Aussterben einheimischer Tier- und Pflanzenarten durch die Erhaltung genügend grosser Lebensräume (Biotope) und andere geeignete Massnahmen entgegenzuwirken. Bei diesen Massnahmen ist schutzwürdigen land- und forstwirtschaftlichen Interessen Rechnung zu tragen. Besonders zu schützen sind gemäss Abs. 1bis der zitierten Bestimmung Uferbereiche, Riedgebiete und Moore, seltene Waldgesellschaften, Hecken, Feldgehölze, Trockenrasen und weitere Standorte, die eine ausgleichende Funktion im Naturhaushalt erfüllen oder besonders günstige Voraussetzungen für Lebensgemeinschaften aufweisen. Art. 18b NHG weist den Kantonen die Pflicht zu, für den Schutz und Unterhalt der Biotope von regionaler und lokaler Bedeutung zu sorgen.
Die Schutzzonierung im Bereich der betroffenen Parzelle basiert auf der bereits 1994 rechtskräftig beschlossenen Planung. Bei dem Schutzzonenplan und der dazugehörigen Schutzverordnung handelt es sich um einen für jedermann verbindlichen Nutzungsplan im Sinne von Art. 21 RPG i.V.m. Art. 14 und Art. 17 RPG. Haben sich die Verhältnisse erheblich geändert, so werden die Nutzungspläne überprüft und nötigenfalls angepasst (Art. 21 Abs. 2 RPG).
2.2 Vorliegend hat die Gemeinde im Rahmen der Schutzplanrevision von einer Änderung oder Anpassung des Standorts T4 abgesehen. Gemäss der Kurzbeschreibung in Art. 4 der Schutzverordnung vom 3. November 1994 handelt es sich um eine trockene Magerwiese in südexponierter Steilhanglage mit typischer Trockenpflanzengesellschaft. Diese Formulierung wurde unverändert in die neue Schutzverordnung übernommen. Im Natur- und Landschaftsinventar (Datum der Aufnahmen: 6. Mai 1991) wird zum Objekt-Nr. T4 festgehalten, es handle sich um eine einzigartige waldfreie Kretenlage der sonst durchgehend bewaldeten Molasserippe (Eggwald). Auf der Südseite befinde sich ein trockenheitsliebender Standort mit typischen Pflanzenarten der Trockengesellschaft. Der Standort biete Lebensraum für viele seltene Tierarten (z.B. Sommervögel). Als Schutzmassnahmen werden ein Düngeverbot und ein einmal jährlicher Schnitt genannt.
2.3 Vorab ist nicht ersichtlich und wurde auch nicht rechtsgenüglich dargetan, dass sich die Verhältnisse in Bezug auf die Parzelle Nr. 710 seit dem Planerlass 1994 in rechtlich relevanter Weise erheblich verändert hätten. Eine Plananpassung im Sinn von Art. 21 Abs. 2 RPG drängt sich demnach nicht auf. Des Weitern bestehen keinerlei Anhaltspunkte, die darauf schliessen lassen würden, dass die 1994 vorgenommene Einschätzung der Schutzwürdigkeit nicht gerechtfertigt gewesen wäre. Der Beschwerdeführer kann aus der inzwischen praktizierten, offensichtlich vorschriftswidrigen Bewirtschaftung nichts zu seinen Gunsten ableiten. Insbesondere dringt er nicht durch mit dem Argument, der frühere Eigentümer habe wohl gar nichts von den Nutzungseinschränkungen gewusst. In den Akten findet sich ein Bewirtschaftungsvertrag vom 31. August/9. September 1992 zwischen dem Rechtsvorgänger des Beschwerdeführers und der Gemeinde. Darin verpflichtet sich der Grundeigentümer, die Parzelle (nur) einmal jährlich bzw. frühestens am 1. September zu mähen. Ferner wurde die Beweidung als unzulässig erklärt und ein Verbot der Bedüngung und des Einsatzes chemischer Pflanzenbehandlung vereinbart. Hat der Beschwerdeführer beim Kauf der Parzelle im Jahr 2007 nichts von alledem gewusst, ist dies für das vorliegende öffentlich-rechtliche Verfahren nicht relevant.
Der Umstand, dass sich die fragliche Fläche heute nicht als intakter Trockenstandort präsentiert, besagt nichts über deren Zustand im Jahr 1994 oder ihre grundsätzliche Schutzwürdigkeit, sondern lässt sich ohne Weiteres durch die unbestritten intensive Bewirtschaftung erklären, die erfahrungsgemäss eine entsprechend rasche Veränderung der Magerwiese zur Folge gehabt haben dürfte. Eine offensichtlich falsche Sachverhaltsfeststellung des Verwaltungsgerichts ist nicht zu erkennen und wird auch nicht rechtsgenüglich dargelegt. Es genügt nicht, wenn der Beschwerdeführer der bisherigen Qualifizierung des Standorts als Schutzobjekt seine eigene Betrachtungsweise entgegenhält. Der Schutzplan und die Schutzverordnung sind verbindlich (Art. 17 RPG). Wenn diesen nicht nachgelebt wird, drängt sich nicht automatisch der Schluss auf, deren Inhalt sei falsch.
3. Der Beschwerdeführer stellt überdies in Abrede, dass sich eine teilweise überdüngte und übernutzte Parzelle innert weniger Jahre wieder selbst regenerieren könne.
3.1 Am 21. Juli 2009 fand im Rahmen des kommunalen Einspracheverfahrens ein Augenschein vor Ort u.a. im Beisein des Beschwerdeführers und eines Mitglieds des federführenden Planungsbüros (Y._) statt. Auf die Frage, wie lange es dauern werde, bis sich die jetzt intensiv bewirtschaftete Wiese im oberen Teil des Gebiets T4 nach Beendigung der Düngung wieder in eine Trockenwiese zurückverwandelt hätte, nannte der Fachberater Y._ einen Zeitraum von drei Jahren. Er begründete diese Prognose damit, dass die Voraussetzungen von Untergrund und benachbartem Trockenstandort sehr gut seien.
3.2 Das BAFU als eidgenössische Fachstelle hat diese Beurteilung in seiner Vernehmlassung nicht in Frage gestellt. Dem Verwaltungsgericht ist nicht vorzuwerfen, wenn es auf diese Einschätzung durch eine Fachperson abgestellt hat. Zwar hätte die Konsultation eines ausserhalb des gesamten Planungsprozesses stehenden Experten nicht geschadet. Die vagen Zweifel des Beschwerdeführers an der Kompetenz des beigezogenen Beraters vermögen aber keine Verfassungs- oder Bundesrechtswidrigkeit aufzuzeigen, zumal die Einschätzung am Augenschein unwidersprochen geblieben ist (vgl. das Kurzprotokoll vom 22. Juli 2009). Ob die Magerwiese tatsächlich genau nach drei Jahren wieder hergestellt ist oder ob dazu eine etwas längere Erholungsphase nötig ist, kann offen bleiben. Entscheidend ist, dass der Standort nach wie vor als schutzwürdig einzustufen ist und dass eine Regenerierung innert absehbarer Zeit realistisch scheint.
4. Das Verwaltungsgericht hat in E. 6.2.3 des angefochtenen Urteils unter Hinweis auf Art. 4 der Schutzverordnungen vom 3. November 1994 bzw. vom 11. April 2011 festgehalten, bei der trockenen Magerwiese Nr. T4 handle es sich um kein beliebiges Intensivgrünland, sondern um einen seit Jahren rechtskräftig inventarisierten und exakt ausgeschiedenen Schutzgegenstand, der von Gesetzes wegen in seiner äusseren Erscheinungsform und inneren Zusammensetzung zu erhalten gewesen sei bzw. nach wie vor sei. Indes will der Beschwerdeführer einen Widerspruch zwischen dem Wortlaut der Schutzbestimmung und den tatsächlichen Gegebenheiten erkennen.
4.1 In der bereits zitierten Beschreibung (E. 2.2 hiervor) wird die "Steilhanglage" des Standorts genannt. Soweit der Beschwerdeführer nun sinngemäss geltend macht, über ein Drittel der betroffenen Fläche weise eine Hangneigung unter 35 % auf, weshalb diese nicht zum Schutzobjekt zu zählen sei, ist seine Rüge unbehelflich. Der zur Schutzverordnung gehörende Plan ist unmissverständlich und differenziert nicht zwischen Hangneigungswinkeln, sondern scheidet die Fläche exakt aus. Gestützt wird dies durch die Beschreibung im Natur- und Landschaftsinventar, wo von der "Kretenlage" die Rede ist (E. 2.2 hiervor). Dass einzig das steile Gefälle gemeint wäre, geht daraus nicht hervor. Die Interpretation ist im Gesamtzusammenhang von Plan, Schutzverordnung und Inventar zu sehen. Im Übrigen sind die Feststellungen des Verwaltungsgerichts weder in verfassungs- noch in bundesrechtlicher Hinsicht zu beanstanden.
5. Soweit der Beschwerdeführer schliesslich sinngemäss eine Verletzung des rechtlichen Gehörs behauptet, weil das Verwaltungsgericht auf einen Augenschein verzichtet hat, ist auch diese (nicht rechtsgenüglich vorgebrachte) Rüge abzuweisen. Der rechtserhebliche Sachverhalt ergab sich mit hinreichender Klarheit aus den Akten, weshalb das Verwaltungsgericht in willkürfreier antizipierter Beweiswürdigung von einem Ortstermin absehen durfte (vgl. etwa <ref-ruling> E. 4a S. 211; <ref-ruling> E. 4a S. 469; je mit Hinweisen).
6. Demzufolge ist die Beschwerde abzuweisen, soweit darauf einzutreten ist. Bei diesem Verfahrensausgang hat der Beschwerdeführer für die bundesgerichtlichen Kosten aufzukommen (Art. 66 Abs. 1 BGG). Parteientschädigungen sind keine zuzusprechen (Art. 68 Abs. 3 BGG).

Demnach erkennt das Bundesgericht:
1. Die Beschwerde wird abgewiesen, soweit darauf einzutreten ist.
2. Die Gerichtskosten von Fr. 3'000.-- werden dem Beschwerdeführer auferlegt.
3. Parteientschädigungen werden keine zugesprochen.
4. Dieses Urteil wird dem Beschwerdeführer, der Politischen Gemeinde Eschenbach, dem Baudepartement und dem Verwaltungsgericht des Kantons St. Gallen sowie dem Bundesamt für Umwelt schriftlich mitgeteilt.
Lausanne, 29. März 2012
Im Namen der I. öffentlich-rechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Der Präsident: Fonjallaz
Die Gerichtsschreiberin: Scherrer Reber