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近地层臭氧浓度升高造成的农作物产量损失已经引起人们的普遍关注，为科学防治O3污染对农作物安全生产带来的危害，本文应用改进的田间开顶气室(open top chamber,OTC)技术，对小麦和水稻分别进行为期50d和65d的如下四个暴露处理：活性碳过滤(CF)、空气(NF)、过滤+100nlL-1(CF100)和过滤+200nlL-1(CF200)，对油菜进行为期35d的CF、过滤+50nlL-1(CF50)、CF100和100D(模拟O3日变化的动态暴露，和CF100剂量相同)四个暴露处理，以研究大气O3浓度升高对小麦、水稻和油菜生长发育的原位影响以及相应的生理机制，同时还探讨了pH4.0模拟酸雨与O3复合对小麦的影响和外源抗坏血酸(exogenous ascorbic acid，ExAsA)对水稻的O3伤害作用。研究所取得的主要结果如下：
1、旋转布气法OTC基本能够保证O3在OTC内均匀分布，同时还能满足OTC内换气需要，使内外温差在2℃以内，不会产生明显的温室效应。
2、高浓度O3暴露造成作物叶片出现可见伤害症状，并影响其生长发育。CF200暴露5-6d使小麦和8-10d使水稻的叶梢开始褪绿，之后黄化、枯萎和坏死。CF100暴露症状出现时间晚7-10d左右。CF100和100D暴露使油菜叶片呈现暗绿、黄化，最后形成斑驳叶。CF200暴露使小麦和水稻抽穗分别延迟2d和20d，而成熟分别提前7d和2d；CF100暴露对小麦抽穗没有影响，使水稻抽穗延迟12d，成熟分别提前7d和1-2d。O3暴露没有明显改变油菜的生育期。随O3浓度的升高小麦和水稻叶片面积缩小、含水率降低，植株矮化，地上生物量降低，叶生物量分配增加。CF200暴露下小麦收获时株高和地上生物量分别降低20％和33.8％，水稻分别降低18.7％和43.3％；CF100暴露下小麦收获时株高和地上生物量分别降低10％和23.8％，水稻分别降低8.4％和17.1％。CF100和100D暴露下的油菜生物量降低，100D影响大于CF100。
3、高浓度O3暴露导致作物叶片膜透性(用相对电导率表示，REC)增加，脂质过氧化(用丙二醛含量表示，MDA)加剧，光合色素含量下降，抗氧化系统发生相应改变。小麦的超氧化物歧化酶(SOD)活性在O3浓度低于100 nlL-1时随O3浓度的增加而升高，O3浓度过高时这些酶的活性下降，而过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)活性随O3浓度升高而降低；水稻的SOD、CAT和抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性在O3浓度低于100 nlL-1时随O3浓度的增加而升高，O3浓度过高时这些酶的活性下降，POD活性和抗坏血酸(AsA)含量一直升高；O3浓度升高除对油菜叶片中的APX活性产生显著(P＜0.05)影响外，SOD、POD和CAT活性以及AsA含量影响不明显。
4、小麦和水稻叶片光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)和水分利用率(WUE)随O3浓度升高而降低。油菜叶片Pn、Gs、Tr和气孔限制值(Ls)也随O3浓度升高而呈降低趋势，但胞间CO2浓度(Ci)和WUE则升高。和相同剂量的CF100相比，100D暴露下油菜叶片的Pn、Gs、WUE和Ls显著降低(P＜0.05)。
5、高浓度(或剂量)的O3暴露导致油菜叶片PSII的光量子效率(Fv/Fm)和光反应活性(Fv/Fo)、光能利用率以及CO2利用率降低。
6、CF200和CF100暴露下小麦产量分别降低74.3％和68.7％，水稻分别下降56.6％和17.8％。产量变化模型预测：使小麦和水稻单株产量减产10％的O3浓度分别为33.67nlL-1和56.70 nlL-1，AOT40(超过浓度为40 nlL-1的累积暴露量)分别为4.48 ppmh和14.99ppmh。
CF100和100D暴露下油菜的产量降低分别降低4.4％和17.5％，而CF50暴露产量却增加9.0％。
7、pH4.0模拟酸雨对小麦的O3伤害没有表现出明显的促进或抑制作用。
8、ExAsA对O3暴露下的水稻可见伤害症状和发育进程没有影响，但能改善抗氧化系统功能，抑制脂质过氧化，增强了光合能力，降低产量损失。ExAsA使水稻叶片H2O2和MDA含量以及REC降低，抗氧化剂类胡萝卜素和AsA含量增加，抗氧化酶SOD、CAT和APX活性提高，使CF200暴露下水稻株高和生物量分别增加9.0％和13.6％，CF100暴露下分别增加4.3％和13.4％，且缓解叶片生物量分配随O3浓度升高而增加的趋势。CF100和CF200暴露下产量分别降低12.8％和54.3％，小于不喷施ExAsA的17.8％和56.6％。