水杉樹產地的氣候溫暖濕潤，夏季涼爽，冬季有雪而不嚴寒，年平均溫13℃，極端**溫-8℃，極端**溫35.4℃，無霜期230天；年降水量1500毫米，年平均相對濕度82%。土壤為酸性山地黃壤、紫色土或沖積土，pH值4.5～5.5。水杉樹多生于山谷或山麓附近地勢平緩、土層深厚、濕潤或稍有積水的地方。為喜光性樹種，根系發達，生長的快慢常受土壤水分的支配，在長期積水排水不良的地方生長緩慢，樹干基部通常膨大和有縱棱。花期2月下旬；球果10月下旬至11月成熟。每年二月開花，果實11月成熟。
落葉大喬木；高可達35米，胸徑可達2.5米。幼樹樹冠尖塔形，老樹則為廣圓頭形。水杉樹樹皮灰色或灰褐色，淺裂成狹長條脫落，內皮淡紫褐色；大枝近輪生，小枝對生，下垂，一年生枝淡褐色，二、三年生枝灰褐色，枝的表皮層常成片狀剝落，側生短枝長4～10厘米，冬季與葉俱落。葉扁平條形，長1～2厘米，寬1.5～2毫米，淡綠色，表面中脈凹，背面隆起，每邊4～8條氣孔線，交互對生成兩列，羽狀，冬季與側生無芽的小枝一起脫落。
水杉樹球花單性，雌雄同株，單生葉腋；雄球花單生于枝頂和側方，排成總狀或圓錐狀花序狀，有很短的柄，雄蕊20，交互對生，各有3個花藥；雌球花單生于去年生枝頂或近枝頂，有短柄，珠鱗22～28，交互對生。
水杉樹球果下垂，近四棱圓球形或短圓柱形，有長柄，長1.8～2.5厘米，熟時深褐色；種鱗木質，盾形，鱗頂扁菱形，中央有一條橫槽，宿存，交互對生，通常為22～28個；中部種鱗各有種子5～9。種子倒卵形，扁平，周圍有窄翅，先端有凹缺。子葉2，出土。花期2月下旬，果實11月成熟。
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