臭氧是一种广为人知且颇有意思的气体。当它存在于平流层时，被视为“有益”气体，并在那里形成臭氧层，位于地球上空15至30公里处，可保护生命免受有害紫外线辐射。
但当臭氧存在于大气最低层——对流层——即地球上空8至14公里的区域时，便会危害人类和植物健康。它也是仅次于二氧化碳和甲烷的第三大重要温室气体。大量证据表明，臭氧是植物毒性（对植物有毒）最强的空气污染物之一，会对全球农作物造成重大损害。
多种污染物共同作用
这部分是因为臭氧属于二次空气污染物：它并非直接排放，而是由其他一次污染物——主要是氮氧化物（NOx）、一氧化碳（CO）和挥发性有机化合物（VOC）。这些污染物主要来自交通运输、工业和发电过程中燃烧化石燃料，在阳光充足的条件下发生光化学反应后形成臭氧。
这些光化学反应需要数小时才能发生，因此城市和工业中心下风向的臭氧浓度往往更高。
一些靠近城市和工业中心的重要农业区臭氧浓度偏高，包括美国中西部、欧洲大陆大部分地区、南亚的印度—恒河平原以及中国沿海地区。
在这些地区，臭氧浓度经常高到足以影响作物的生理机能、生长和产量。臭氧及其前体物还可能在半球范围内传输，使一个大洲的排放影响另一个大洲的浓度。例如，北美的排放会加剧欧洲由臭氧导致的减产。
臭氧通过气孔进入植物叶片——气孔是促进气体交换的孔隙——并在那里与细胞成分发生反应，引发一系列化学反应，造成强烈的氧化胁迫。损害既包括叶片黄化（失绿）、斑点等可见伤害，以及局部细胞死亡（坏死），也包括光合作用减弱、过早衰老等较为隐蔽的生理变化。这些影响最终会降低农作物产量。
日益严峻的隐忧
由于人为排放，臭氧水平较工业化前翻了一番。得益于严格的空气质量管控，过去几十年间，欧洲和北美的臭氧峰值水平有所下降。然而，全球“背景臭氧”（即不存在当地人为排放源时的臭氧浓度）近几年一直在上升。
在发展中国家，尤其是南亚和东亚，臭氧水平正在上升；除非大幅减少臭氧前体物（NOx和VOCs）的排放，否则这一趋势至少会持续到2030年。
值得注意的是，目前及未来臭氧水平较高的地区，在全球农业和粮食生产中也占据重要地位，并且容易遭受粮食不安全问题。
中国和印度是臭氧污染已经威胁农作物生产的重要例子。据估计，在印度，臭氧导致的小麦和水稻减产幅度最高分别达14%和6%。
深远的社会经济影响
因此，臭氧又为一些地区原有的贫困、营养不良和气候变化影响交织问题增添了一个因素，这些问题共同威胁着粮食与营养安全。还应考虑到，粮食系统的不稳定将通过粮价、农场收入、消费者行为以及不同社会群体（包括女性）的营养获取机会变化，带来深远的社会经济影响。
研究表明，环境因素造成的农作物歉收往往会给农民带来沉重打击，使他们债务增加、工作负担加重，还会改变性别关系。
与此同时，缩小现有和未来农业区的产量差距，对于全球粮食安全至关重要。
农民和政策制定者往往未能意识到空气污染会导致农作物减产；空气质量问题仍主要受到城市及城区的关注，因为污染加剧会危害当地居民健康。因此，媒体、科学家和环保人士应发挥带头作用，主动联系农民、公众和政策制定者，向他们提供有关风险和损害的证据，并共同了解哪些方面需要采取解决方案，以减少臭氧污染及其后果。
将臭氧污染纳入考量
认识到这些挑战后，科学家应考虑将臭氧污染纳入季节性作物产量预测。斯德哥尔摩环境研究所的研究人员正在开发作物臭氧风险与损害评估工具。近期一份报告强调，农村地区的臭氧监测网络对于评估背景臭氧浓度和高臭氧事件的发生频率十分重要。
这一点尤为重要，因为空气质量监测通常集中在城市和半城市地区。该报告汇总了全球15个臭氧监测网络的信息，其中包括欧洲监测与评估计划，以及个别研究人员或规模较小的区域乃至国家级网络所收集的数据。
这类网络将有助于整合臭氧污染信息，并有望对臭氧事件（往往持续数天至数周）发出预警，帮助农民采取适当的管理措施，尽量减少作物损失。
理想情况下，旨在建立韧性农业系统的研究应通过改良作物育种和农艺措施，将适应工作纳入其中，以避免臭氧污染和气候变化带来的最严重影响。然而，要全面了解这一问题并据此提出有效解决方案，必须弄清空气质量、气候变化、农业、粮食供应及相关社会经济影响在地方、区域和全球层面的联系与相互作用。
