城市湖泊是一种重要的自然资源,在防洪排涝、调节气候及美化环境等方面具有重要功能。由于受到高强度的人类干扰,目前大部分城市湖泊处于严重富营养状态、藻类水华频发、生态系统严重退化。鉴于沉水植物在维持湖泊清水稳态等方面的重要作用,目前沉水植被群落重建是富营养湖泊水生态修复的主要措施之一。然而,受限于受损湖泊的恶劣生长条件,沉水植物的恢复长期以来一直是湖泊生态修复面临的最大挑战之一。水下光照不足是导致沉水植物消亡的主要原因之一,因此水下LED补光技术可能是严重富营养城市湖泊沉水植物恢复的重要辅助手段。目前国内外关于LED补光促进植物生长的研究主要集中在陆生植物,关于其对沉水植物影响的研究相对较少、光照强度与沉水植物生长之间的定量关系尚不明确。此外,以往的研究主要在中低营养条件下进行,而在营养含量更高的富营养水体中,人工补光能否促进沉水植物的生长尚不明确。本研究选取长江中下游常见的沉水植物（苦草Vallisneria natans）为研究对象,首先通过中宇宙水泥池（1 m×1 m×1 m）模拟实验,初步分析了富营养条件下不同LED补光强度(0～100μmol m-2 s-1)对沉水植物生长的影响;然后通过中宇宙聚乙烯桶（直径为1 m,高为0.9 m）模拟实验进一步分析了不同补光强度(0～250μmol m-2 s-1)与沉水植物生长指标之间的关系,建立了二者间定量关系模型;结合水体光衰减系数与浊度之间的定量关系模型,构建了LED光源光照强度与有效光照及水体浊度之间的定量关系模型;最后以典型城市富营养湖泊武汉南湖为例,设计了以人工补光为核心的沉水植被修复方案。主要结果如下:1)富营养条件下人工补光能够促进沉水植物的生长。中宇宙实验池模拟实验的研究结果表明,高光组中沉水植物大多数生长指标（植株数、叶片数、最大叶片长度、平均叶片长度、总叶片干重和总根干重）都比对照组的各指标高1.6～11.1倍。2)人工补光未促进浮游藻类的生长,附着藻有所增多但未对沉水植物产生显著的影响。中宇宙实验池模拟实验的研究结果表明,浮游藻类叶绿素a的含量一直处于较低的水平(6.2～13.4μg L-1),并且和苦草生长指标之间无显著相关关系;苦草叶片表面的附着藻虽然有一定的增长(实验后期在最高补光组可达32.4±8.5 mg m-2),但和苦草生长指标没有显著相关性,并没有对苦草的生长产生抑制作用。3)建立了沉水植物相对生长率（RGR,×10~2）和有效光照强度（F）之间的定量关系模型。模型形式为:为RGR=0.90 ln（F）–2.15（R~2=0.53,p＜0.01）。促进沉水植物生长的最低有效光照强度为10.9μmol m-2 s-1。当有效光照强度在10.9～100.6μmol m-2 s-1范围内时,RGR从0快速增长到0.02 g d-1,但光照强度大于150μmol m-2 s-1后,RGR增加较为缓慢,因此促进沉水植物生长的最适有效光照强度为150μmol m-2 s-1。4)建立了LED灯光照强度（F0）与有效光照强度（F）和水体浊度（Turb）之间的关系。模型形式为:F0=12 F{[1/（?）（0.034 Turb+0.14）]–1}/{[1/（?）（0.408 Turb+1.68）]–1}。本研究系统中水体光衰减系数（K）和浊度（Turb）的定量关系模型为K=0.68 Turb+2.80（R~2=0.58,p＜0.01）,结合沉水植物相对生长率（RGR）与有效光照强度（F）之间的定量模型,确定了LED灯光照强度（F0）与有效光照强度（F）及水体浊度（Turb）之间的关系模型。5)以富营养城市湖泊南湖为例,设计了以LED补光为核心的沉水植物修复方案。通过实施构建围隔、底质改良和鱼类群落结构调整等措施后,通过人工补光辅助沉水植被群落重建。在南湖水体浊度为47.6 NTU的情况下,需要在沉水植物顶端补充的光照强度应至少大于55.1μmol m-2 s-1才能促进植物的生长。本研究表明:在富营养条件下,LED补光能够促进沉水植物生长;补光未促进浮游藻类的生长,附着藻虽有增多但未对沉水植物的生长产生显著影响;最低补光强度为10.9μmol m-2 s-1,最适强度约150μmol m-2 s-1;在一定范围内补光强度与植物生长状况呈正比,但当光照强度达到或超过最适强度后,植物生长状况随光强的增加变化不明显。主要创新点:构建了富营养条件下,沉水植物相对生长率与补光强度及水体浊度之间的定量关系模型。相关研究结果可为城市富营养湖泊中沉水植被恢复提供LED补光技术原理。