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近地层臭氧(O3)浓度升高造成的农作物产量损失已经引起社会的高度关注，评估臭氧污染对农田生态系统的影响是污染生态学和生理生态学研究的重要内容之一。本文分别采用改进的田间开顶式气室(open-top chamber，OTC)、抗氧化剂(ethylenediurea，EDU)和机理模型等方法，研究评价了臭氧浓度升高对农作物(冬小麦、水稻和菠菜)的形态、生理生态、生长和产量的影响，以期为进一步精确估算臭氧浓度升高对我国粮食生产的影响提供重要参数，为国家制定符合我国国情的大气环境质量标准、预防和治理大气污染提供科学依据。研究所取得的主要结论如下：
1.臭氧浓度升高能够引起农作物产生一系列的形态和生理生态反应，并导致作物减产。主要表现在：
(1)农作物叶片出现失水干枯、坏死斑等典型的可见伤害症状，叶片老化进程加速，叶面积缩小，植株变矮，生物量下降。收获时CF150处理下冬小麦株高和地上生物量分别降低了5.1％和32.9％。
(2)高浓度臭氧暴露，一方面改变叶片气体交换参数的日变化规律，导致气孔导度(Gs)、光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)等显著降低，胞间CO2浓度(Ci)上升；另一方面引起表观光量子产额(AQY)、光饱和点(LSP)和光补偿点(LCP)等光响应参数的显著下降。这表明叶片光合能力的下降是气孔因素和非气孔因素共同作用的结果。
(3)在臭氧胁迫下，冬小麦穗长变短、穗粒数减少、结实率下降，CF150和CF100暴露下冬小麦产量分别降低了26.3％和40.1％；臭氧急性暴露也导致菠菜经济产量降低，可食性变差。
2.抗氧化剂EDU可以增加菠菜叶片光合色素含量，提高叶片光合能力，降低高臭氧导致的产量损失。CF270急性暴露下，菠菜喷施EDU后光合速率比对照处理增加了90％～120％，叶绿素含量增加了35％。尽管EDU的防护作用对高浓度的臭氧胁迫是有限的，但喷施EDU能有效减轻臭氧对植物的伤害，这对缓解农田生态系统臭氧污染灾害有积极意义。
3.利用EDU能够在自然大气中减轻臭氧对敏感作物(如冬小麦等)的伤害特性，300ppmEDU浓度对冬小麦生长最有利，收获期总生物量增加5.7％，产量增加可达12.3％。EDU对抗性较强的作物(如水稻)没有显著影响。EDU可以用来监测大气污染，且研究发现臭氧已经造成长江三角洲地区敏感作物减产。
4.在试验数据的基础上，综合考虑臭氧对叶片光合作用、叶面积指数以及穗部光合作用的影响，建立了大气臭氧浓度变化对冬小麦影响的机理模型。模型较好地反映了臭氧对冬小麦生长的影响，同化物累积平均相对误差为10.3％。对春后生育期(3月～5月)研究表明，水肥适宜时，由于臭氧影响造成嘉兴地区冬小麦干物质累积总损失量为11.4％，产量损失为17.8％。该模型可以用于评估和预测未来臭氧浓度变化对冬小麦的影响。