Development and testing of an IoT system to monitor selective physiological parameters to understand different physiological responses of various plant species across different season
Author(s)
Ahmed, Syed Wasif
Date Issued
May 24, 2022
Type
Doctoral Thesis
Abstract
Climate change effects forests as well as individual trees at different levels. There is a necessary need to quantify and monitor the seasonal changes in tree physiology i.e., sap flow, foliar changes and light transmission, radial growth and wood temperature. With the help of a smart and reliable IoT system it is possible to achieve this on continuous bases which can help us understand the instantaneous responses of the individual trees to a certain stress stimulate e.g., abrupt seasonal changes as recently observed in the current decade.
IoT used in the current study is a cloud-based system currently used is composed of “Tree talkers”, a device that can continuously measure sap flow, light transmission through canopy, radial growth, tree oscillation and stem humidity, and record the data on hourly basis. This acquired data is sent to an online server where data can be analysed for studying a physiological profile of an individual tree as well as of a forest. There has been a certain need as well a growth in the new IoT technologies and their application in the ecological sector particularly because of their improved capabilities, consistency and low costs. The developed device system used in the project is designed to measure different plant physiological parameters such as stem humidity, xylem moisture, sap flow density and foliar light transmission, radial growth and angular movements understand climate variability impacts on trees and individual level.
In the present study, the system used in the experiment consisted of a set of devices planted in two field sites to monitor sap flow density, xylem moisture and foliar light transmission. Plant composition included both deciduous plantations and coniferous forest in each study site. Different species showed variability in their physiological changes that showed their response in different seasons which helped us profile each tree species. By connecting each parametric changes, we can assess the condition of a forest or a plantation at a cumulative level.
Il cambiamento climatico colpisce le foreste e i singoli alberi a diversi livelli. C'è la necessità di quantificare e monitorare i cambiamenti stagionali nella fisiologia degli alberi, ad esempio il flusso della linfa, i cambiamenti fogliari e la trasmissione della luce, la crescita radiale e la temperatura del legno. Con l'aiuto di un sistema IoT intelligente e affidabile è possibile raggiungere questo obiettivo su basi continue, il che può aiutarci a comprendere le risposte istantanee dei singoli alberi a un certo stress stimolato, ad esempio, bruschi cambiamenti stagionali come recentemente osservato nell'attuale decennio.
L'IoT utilizzato nel presente studio è un sistema basato su cloud attualmente utilizzato è composto da "Tree talkers", un dispositivo in grado di misurare continuamente il flusso di linfa, la trasmissione della luce attraverso la chioma, la crescita radiale, l'oscillazione dell'albero e l'umidità del fusto e registrare i dati su base oraria. I dati acquisiti vengono inviati a un server online dove i dati possono essere analizzati per studiare il profilo fisiologico di un singolo albero e di una foresta. C'è stata anche una certa necessità di crescita delle nuove tecnologie IoT e della loro applicazione nel settore ecologico, in particolare a causa delle loro migliori capacità, consistenza e bassi costi. Il sistema di dispositivi sviluppato e utilizzato nel progetto è progettato per misurare diversi parametri fisiologici delle piante, come l'umidità del fusto, l'umidità dello xilema, la densità del flusso della linfa e la trasmissione della luce fogliare, la crescita radiale e i movimenti angolari, comprendere gli impatti della variabilità climatica sugli alberi e sul livello individuale.
Nel presente studio, il sistema utilizzato nell'esperimento consisteva in una serie di dispositivi piantati in due siti di campo per monitorare la densità del flusso della linfa, l'umidità dello xilema e la trasmissione della luce fogliare. La composizione delle piante comprendeva sia piantagioni di latifoglie che foreste di conifere in ciascun sito di studio. Diverse specie hanno mostrato variabilità nei loro cambiamenti fisiologici che hanno mostrato la loro risposta in diverse stagioni, il che ci ha aiutato a profilare ogni specie arborea. Collegando ogni cambiamento parametrico, possiamo valutare le condizioni di una foresta o di una piantagione a livello cumulativo.
Additional information
Dottorato di ricerca in Scienze, tecnologie e biotecnologie per la sostenibilità
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