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水杉是乔木,高达35米,胸径达2.5米;树干基部常膨大;树皮灰色、灰褐色或暗灰色,幼树裂成薄片脱落,大树裂成长条状脱落,内皮淡紫褐色;枝斜展,小枝下垂,幼树树冠尖塔形,老树树冠广圆形,枝叶稀疏;一年生枝光滑无毛,幼时绿色,后渐变成淡褐色,二、三年生枝淡褐灰色或褐灰色;侧生小枝排成羽状,长4-15厘米,冬季凋落;主枝上的冬芽卵圆形或椭圆形,钝,长约4毫米,径3毫米,芽鳞宽卵形,先端圆或钝,长宽几相等,约2-2.5毫米,边缘薄而色浅,背面有纵脊。叶条形,长0.8-3.5(常1.3-2)厘米,宽1-2.5(常1.5-2)毫米,上面淡绿色,下面色较淡,沿中脉有两条较边带稍宽的淡黄色气孔带,每带有4-8条气孔线,叶在侧生小枝上列成二列,羽状,冬季与枝一同脱落。
喜气候温暖湿润,夏季凉爽,冬季有雪而不严寒,并且产地年平均温度在13℃,极端低温-8℃,极端高温24℃左右,无霜期230天;年降水量1500毫米,年平均相对湿度82%。土壤为酸性山地黄壤、紫色土或冲积土,pH值4.5~5.5。多生于山谷或山麓附近地势平缓、土层深厚、湿润或稍有积水的地方,耐寒性强,耐水湿能力强,在轻盐碱地可以生长为喜光性树种,根系发达,生长的快慢常受土壤水分的支配,在长期积水排水不良的地方生长缓慢,树干基部通常膨大和有纵棱。喜光,不耐贫瘠和干旱,净化空气,生长快,移栽容易成活。适应温度为零下8度~24度。
水杉天然更新弱,应特别注意保护幼苗,促进其生长,避免残存的水杉林被其它树种所更替。全国许多地区都已引种,尤以东南各省和华中各地栽培多。亚洲、非洲、欧洲、美洲、拉丁美洲等50多个国家和地区已引种栽培。