植物的光合水分关系，即植物光合作用过程和水分吸收、运输、蒸腾过程之间的相互协作关系是一个古老但却缺乏深入探讨的植物学、生态学问题。要深入探讨植物的光合水分关系，就需要在不同的生态系统中建立关系并通过机理性的研究来揭示隐藏于后的普适性规律。本研究通过对四个地点(西双版纳热带植物园、哀牢山常绿阔叶林、巴西稀树草原、阿根廷巴塔哥尼亚灌木草原)植物光合水分关系的研究，试图从以下六个方面来机理性地探讨植物光合水分关系：1)植物光合水分关系随树木生长的变化；2)植物光合作用和水分运输过程日间的协作；3)养分在植物光合水分关系中的作用；4)环境水分条件对植物光合水分关系的影响；5)植物光合系统和水分运输系统抗冻能力的相关性；6)植物光合水分关系对全球变化的响应。结果表明：1)随着树木长高，水分对光合的限制增强，树木为保证较好叶片供水而进行的水力结构调整会导致碳收支不平衡；2)中午枝条而非叶片的水分状况决定了叶片中午的光合表现，枝条和叶片的水分传导能力、以及枝条储水也对叶片中午光合有影响；3)水分运输能力和光合能力在苏铁类植物中无直接相关性，但是会通过促进养分吸收和运输间接影响苏铁的光合作用能力；4)环境水分条件变差在一定范围内不会影响植物的光合作用能力，但是会改变光合水分关系、并使植物在一天中能维持较高光合速率的时间减少；5)光合系统抗冻性和水分运输系统抗冰冻引起栓塞化能力并没有显著相关性，两种特性并无机制上的联系；6)植物的水分传导能力和光合能力在应对气候变化时具有一致性。