为进一步探明北方地区地表臭氧（O3）浓度增加对冬小麦光合日变化、光响应能力和气体交换的影响，通过开顶式气室（OTC），利用LI-6400便携式光合仪，开展了4种O3熏气水平下光合作用的原位测定（碳滤空气，CF；自然空气，NF；100 nL·L-1，CF100；150 nL·L-1，CF150）。结果表明，在拔节初期，4个处理组间的净光合速率Pn、气孔限制值Ls及胞间CO2浓度Ci均无显著差异。在抽穗期，CF100、CF150处理的Pn较CF降低了37.0%~41.8%，气孔导度Cond下降了35.7%~38.9%，Ci上升了6.7%~10.5%。在灌浆期，CF100的最大光合速率Pm、半饱和光强Ik较CF降低了23.5%~46.7%，暗呼吸速率Rd增加了8.6%；CF150的Pm、表观量子产额AQY和Ik较CF下降了10.4%~26.1%，光补偿点LCP和Rd增加了51.2%~88.0%。随着O3浓度和熏蒸时间的增加，冬小麦叶片的叶绿素Chl和类胡萝卜素Car含量显著降低，而可溶性糖和丙二醛MDA含量明显增加，且均在灌浆期差异最显著。以上结果表明，O3对冬小麦光合作用的抑制作用具有明显的时间累积效应，且随熏气时间的延长，叶片光合作用的限制条件由气孔因素主导向非气孔因素主导转变；同时，O3胁迫使植株对强光的耐受性及对强、弱光的利用效率均下降。