การพัฒนาเครื่องตรวจวัดไนเตรทในดินแบบพกพาอัตโนมัติสำหรับการทำแผนที่ดินโดยการใช้ Nitrate Ion Selective Electrodes (ISEs) Development of a Portable Automated Detector of Soil Nitrate for Mapping Using Nitrate Ion-Selective Electrodes

บทคัดย่อ

การจัดการธาตุอาหารพืชให้เหมาะสมกับสภาพดิน ในแต่ละพื้นที่ย่อยเฉพาะของแปลง (Site-Specific Management, SSM) นั้นมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการผลิตพืชอย่างมีประสิทธิภาพ เนื่องจากการใส่ปุ๋ยที่มากเกินความจำเป็นนั้น นอกจากจะทำให้ต้นทุนในการผลิตพืชของเกษตรกรสูงขึ้นแล้ว ยังทำให้เกิดการเสื่อมสภาพของดินและการปนเปื้อนในแหล่งน้ำใต้ดิน การวิเคราะห์ดินด้วยการใช้เซนเซอร์นั้นมีความเหมาะสมในการวิเคราะห์ตัวอย่างดินจำนวนมาก ๆ เนื่องจากมีค่าใช้จ่ายที่ต่ำ ทำงานได้รวดเร็ว และสามารถนำไปใช้งานในแปลงเกษตรได้ วัตถุประสงค์หลักของงานวิจัยนี้ เพื่อพัฒนาเครื่องมือวัดความเข้มข้นไนเตรทในดินด้วยการใช้เซนเซอร์แบบ Nitrate Ion-Selective Electrode (Nitrate-ISE) ร่วมกับระบบบันทึกตำแหน่งพิกัดดาวเทียม (GPS) มีการทำงานและบันทึกข้อมูลลงในการ์ดจัดเก็บข้อมูล (SD card) แบบอัตโนมัติ ควบคุมการทำงานด้วยบอร์ดสมองกลฝังตัว (Arduino mega 2560) โดยประกอบด้วยการทำงาน 5 ระบบ ได้แก่ 1.การสกัดดิน 2.การวัดค่า 3.การทำความสะอาด 4.การระบุพิกัดดาวเทียม และ 5.การควบคุมและบันทึกผล ใช้น้ำประมาณ 0.5 ลิตรและเวลาในการวิเคราะห์ประมาณ 5 นาทีต่อตัวอย่าง อัตราส่วนผสมระหว่างดิน-น้ำ ที่เหมาะสมคือ 1:10 ระยะเวลาที่ใช้ในการวัด 30 s สามารถวิเคราะห์ได้อย่างความถูกต้องเฉลี่ยมากกว่า 80 % โดยมีค่า R² = 0.80 และค่า RMSE = 1.44 เทียบกับวิธีทางห้องปฏิบัติการ ลดต้นทุนค่าใช้จ่ายในการวิเคราะห์ดินลง 5-6 เท่า ข้อมูลที่ได้จากเครื่องต้นแบบนี้ สามารถนำมาสร้างเป็นแผนที่ดิน ช่วยเกษตรกรให้สามารถตัดสินใจสำหรับการจัดการปุ๋ยไนโตรเจนของแปลงเพาะปลูกให้เหมาะสมต่อไป

Management of plant nutrients to suit soil conditions in each specific sub-area of a plot (Site-Specific Management, SSM) is crucial for efficient crop production. Excessive fertilizer application not only increases production costs for farmers but also leads to soil degradation and contamination of groundwater sources. Soil analysis using sensors is suitable for analyzing a large number of soil samples due to its low cost, quick operation, and applicability in agricultural fields. The main objective of this research is to develop a tool for measuring nitrate concentration in soil using a Nitrate Ion-Selective Electrode (Nitrate-ISE) along with a GPS system for automatic data recording on a secure digital card (SD card). The system is controlled by an Embedded Board (Arduino mega 2560) and consists of five main operations: 1. Soil extraction, 2. Measurement, 3. Cleaning, 4. Satellite coordinate detection, and 5. Controller and data logger. The analysis requires approximately 0.5 liters of clean water, and the time for each sample is around 5 minutes. The optimal soil-water ratio is 1:10, and the measurement time is 30 seconds. The average accuracy of the measurements is more than 80%, with an R² = 0.80 and RMSE = 1.44 compared to laboratory methods. This prototype reduces soil analysis costs by 5-6 times, providing reliable data for creating soil maps. This information can be used to support farmers in making decisions for nitrogen fertilizer management in subsequent crop cultivation.