A novel low- cost chlorophyll fluorescence Sensor for early detection of environmental pollution

• Ano de defesa: 2017
• Autor(a) principal: Gull, Christopher Johannes
• Orientador(a): Nacif, José Augusto Miranda
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: eng
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Viçosa
• Área do conhecimento CNPq: Ciência da Computação
• Link de acesso: http://www.locus.ufv.br/handle/123456789/18061

A poluição afeta seriamente todos os organismos vivos, assim como economias que dependem, diretamente ou indiretamente, de recursos naturais. O monitoramento ambiental de estresses das plantas, causadas pelos poluentes, é necessário para antecipar e evitar os efeitos negativos antes que se manifestem como danos visíveis. A ausência de monitoramento constante das plantas resulta em diminuição do crescimento das culturas, danos aos ecossistemas, problemas de saúde, e, no fim das contas, perdas econômicas. Especialmente ao redor das áreas afetadas, como, por exemplo, depósitos de resíduos, mineradoras e indústrias, mas também dentro e ao redor das áreas urbanas, é importante reconhecer os problemas potenciais do meio ambiente que possam surgir por causa das atividades humanas. Entre as consequências estão chuva ácida, contaminação de metais pesados, ozônio superficial, modificações de temperatura, e seca, causando alterações na fisiologia vegetal, especificamente na eficiência fotossintética e conteúdo de clorofila. A medição da eficiência fotossintética das plantas, i.e. vitalidade, usando fluorômetros comerciais tais como aparelhos PAM (modulação de amplitude de pulso), torna-se um desafio, uma vez que custo, complexidade e os métodos de medição tornam difíceis o monitoramento em tempo real. Apesar dos aparelhos possuírem alta precisão, podem meramente fornecer uma medição “instantânea” de áreas pequenas. Assim, torna-se difícil o entendimento da vitalidade e eficiência das plantas em grandes áreas e períodos longos, resultando, muitas vezes, que ações sejam tomadas apenas após mudanças significativas nas plantas e na produtividade. Uma solução para o produtor em áreas impactadas por poluentes poderia ser a obtenção de vários desses aparelhos e empregar trabalhadores dedicados exclusivamente para o monitoramento de saúde das plantas, mas isto é caro e ineficiente. Outra solução seria simplificar os equipamentos de medição, e usar vários deles. De fato, neste trabalho nós nos concentramos na resolução deste problema, reduzindo o custo e a complexidade, e eliminando a necessidade de intervenção humana no processo de medição. Propõe-se um sistema de sensores de fluorescência de clorofila de baixo custo que pode monitorar, simultaneamente e sem fios, várias plantas individuais. Estes sensores foram desenvolvidos, prototipados e construídos do zero para dar precisão razoável, com a capacidade de diferenciar entre plantas submetidas à estresse e sem estresse. Nos casos em que o sistema, o Sensor CFY (rendimento fluorescência da clorofila), não possua alta precisão, o sistema compensa em várias medições simultâneas de uma rede de sensores. Isto é, o protótipo do sensor é, inerentemente, desenvolvido para ser usado em redes sem fio (WSN). Usando duas espécies de plantas, Clusia hilariana e Paspalum densum, foi construído, testado e verificado as nossas metodologias e o nosso protótipo através de uma série de experimentos. Baseado nisso, foram observado resultados significativos quando utilizamos o sensor em uma rede de sensores emulado, usando um sensor único em várias plantas durante um longo período de tempo. Foi possível a discriminação entre plantas nos grupos de estresse e as do controle, assim como a descoberta rápida bem antes de danos se manifestarem nas folhas. Concluímos que é, de fato, possível a detecção da estresse nas plantas utilizando métodos de baixo custo, assim como fazê-lo automaticamente e em tempo real, permitindo a detecção precoce de poluição e fornecendo, por exemplo, tempo suficiente para um produtor resolver os problemas antes de eles se tornarem irreversíveis e dispendiosos.