การประเมินประสิทธิภาพของเซนเซอร์ตรวจสอบความชื้นดินเพื่อจัดการน้ำสำหรับการปลูกพืช

Abstract

การพัฒนาเทคโนโลยีด้านเกษตรแม่นยำ (Precision agriculture) สำหรับการจัด การเกษตรเป็นสิ่งจำเป็นอย่างมากในการพัฒนาเกษตรกรรมที่มีผลทำให้เกิดความยั่งยืนในการใช้ ที่ดินในการเกษตร โดยเฉพาะเรื่องการจัดการน้ำและความอุดมสมบูรณ์ของดิน โครงการประเมิน ประสิทธิภาพของเซนเซอร์ตรวจสอบความชื้นดินเพื่อจัดการน้ำสำหรับการปลูกพืช จึงมี วัตถุประสงค์เพื่อศึกษาหาความสัมพันธ์ระหว่างค่าความชื้นที่วัดโดยเซนเซอร์กับความชื้นของที่วัดโดยวิธีมาตรฐานและสมบัติต่าง ๆ ของดิน และเพื่อประเมินประสิทธิภาพทั้งในด้านความถูกต้อง และแม่นยำของเซนเซอร์วัดความชื้นของดินและประเมินการใช้งานในพืชที่มีระบบการให้น้ำแบบ ต่าง ๆ โดยเฉพาะข้าว และการออกแบบเพื่อการพัฒนารูปแบบการจัดการน้ำสำหรับระบบการปลูก พืช ซึ่งประกอบด้วย 3 การทดลองดังนี้ การทดลองที่ 1 การศึกษาสมการปรับเทียบของเซนเซอร์วัดความชื้นดินกับวิธีการประเมิน ความชื้นแบบต่าง ๆ ของดินชนิดต่างๆ โดยนำดินชนิดต่างๆมาทำการวัดความชื้นในห้องปฏิบัติการ 3 วิธีการคือ (1) การหาความชื้นดินโดยน้ำหนัก (2) การหาความชื้น โดยปริมาตร โดยวัดจาก เซ็นเซอร์วัดความชื้น (SM150 Soil Moisture Kit) และ (3) การหาความชื้นดินโดยวัดจากเซนเซอร์ วัดความชื้น และวิเคราะห์สมการเส้นตรง (Linear regression) จากผลการศึกษานี้สามารถสร้าง สมการปรับเทียบ(Calibrating equation) ให้กับดินชนิดต่างๆ 12 สมการ โดยอธิบายความสัมพันธ์ จากสมการปรับเทียบที่ได้จากงานทดลองพบว่าเมื่อความชื้นทั้งโดยน้ำหนักและปริมาตรเพิ่มขึ้นมี วัดความชื้นของดินที่วัดได้เซนเซอร์ลดลงโดยพิจารณาจากค่า slope ของสมการ ความสัมพันธ์ค่าที่วัดค ปรับเทียบ สำหรับผลของการใช้สมการปรับเทียบจากความสัมพันธ์ปริมาณความชื้นโดยน้ำหนัก และโดยปริมาตรนำเสนอค่าสัมประสิทธิ์สหสัมพันธ์ (R2) และค่าความน่าจะเป็นไปได้ (Probability; P ) ซึ่งค่าทั้งสองนั้นจะแตกต่างกันไปตามชนิดดิน จะเห็นได้ว่าค่า R2 ที่ได้จากค่ากิ่ง (measured) และค่าที่ได้จากสมการปรับเทียบหรือค่าพยากรณ์จากสมการ ความชื้นที่วัดจริง ปรับเทียบ (predicted) ของปริมาณความชื้นโดยปริมาตรของดินสันทราย หางดง ดินปลูกข้าว และ ดินไร่ (Toe of slope) มีค่าเท่ากับ 0.6294,0.7111,0.6172,0.3063,0.6172 และ 0.4567 ตามลำดับ สำหรับ R2 ค่าที่ได้จากสมการปรับเทียบหรือค่าพยากรณ์จากสมการปรับเทียบ (predicted) ของ ปริมาณความชื้นโดยน้ำหนักของ ดินสันทราย ดินหางดง ดินปลูกข้าว และดินไร่ (Toe of slope) เท่ากับ 0.4963,0.8529 และ 0.9944 ตามลำดับ จะเห็นได้ว่าค่า R2 ของค่าความชื้นโดยปริมาตรที่ วัดจริงกับค่าที่พยากรณ์ได้จากสมการปรับเทียบโดยความชื้นปริมาตรมีค่า R2 สูงกว่าสมการ ปรับเทียบความชื้นโดยน้ำหนัก การทดลองที่ 2 การประเมินผลของใช้สถานีวัดความชื้นดินโดยเซนเซอร์ในพื้นที่ปลูก ลำไยและนาข้าวระดับแปลงเกษตรกร จากการทดลองนี้ได้สร้างสมการเส้นตรงสำหรับปรับเทียบ ทั้งดินปลูกข้าวและดินปลูกลำไย พบว่าเมื่อความชื้น โดยน้ำหนักเพิ่มขึ้น โดยพิจารณาจากค่า slope ของสมการปรับเทียบ ผลของการใช้สมการมาปรับเทียบจากค่าความชื้นที่วัดด้วยเซนเซอร์เป็นค่า ความชื้นโดยน้ำหนัก จะเห็นได้ว่าค่า R2 ที่ได้จากค่าความชื้นที่วัดจริง (measured) และค่าที่ได้จาก สมการปรับเทียบหรือค่าพยากรณ์จากสมการปรับเทียบ (predicted) ของดินปลูกข้าวจากพื้นที่ อำเภอสารภี พร้าว และดอยสะเก็ด มีค่าเท่ากับ 0.7230,0.7251 และ 0.5299 ตามลำดับ สำหรับดิน ปลูกข้าวจะมีค่า R2 เท่ากับ 0.4963,0.8529 และ 0.9944 ตามลำดับ จะเห็นได้ว่าสมการปรับเทียบ จากดินปลูกลำไยจากพื้นที่อำเภอพร้าวมีค่าแม่นยำที่สุดรองลงมาคือพื้นที่ดอยสะเก็ด และสารภี ตามลำดับ สำหรับค่า RMSE หรือค่ารากที่สองของค่าความคลาดเคลื่อนกำลังสองเฉลี่ยของดินปลูก ลำไยจากพื้นที่อำเภอสารภี พร้าว และดอยสะเก็ดมีค่าเท่ากับ 4.42, 2.66 และ -3.61 ตามลำดับ ซึ่งค่า RMSE หากยิ่งมีค่าเข้าใกล้ 0 หมายถึงจะมีความแม่นยำมากยิ่งขึ้น จะเห็นได้ว่าสมการปรับเทียบจาก ดินปลูกลำไยจากพื้นที่อำเภอพร้าวมีค่าแม่นยำที่สุดรองลงมาคือพื้นที่ดอยสะเก็ด และสารภี ตามลำดับ สำหรับการทดลองที่ 3 ผลของการใช้เซนเซอร์วัดความชื้นดินต่อการจัดการน้ำแบบเปียก สลับแห้งของการปลูกข้าวพันธุ์ต่างๆ ในดินสองชนิดต่อการเจริญเติบโตและธาตุอาหารของข้าว วาง แผนการทดลองแบบ Factorial in Randomize Complete Block Design (RCBD) 3 Replications โดยปัจจัยที่ 1 คือ ชนิดดิน ประกอบด้วย 2 ชนิดดิน ได้แก่ ชุดดินหางดง (Hd) และสันทราย (Ss) ปัจจัยที่ 2 พันธุ์ข้าว 2 พันธุ์ ได้แก่ พันธุ์ประทุมธานี 1 และพันธุ์ขาวดอกมะลิ 105 ปัจจัยที่ 3 คือ ระดับความชื้น ประกอบด้วย 3 ระดับ ได้แก่ W1 มีการขังน้ำไว้ตลอดเวลา สำหรับ W1 และ W2- เริ่มการให้น้ำช่วงแรกเป็นการน้ำเหนือระดับดิน 5 เซนติเมตร จากนั้นปล่อยให้มีการลดลงจากการ ระเหยของน้ำและการใช้ต้นข้าวจึงเปรียบเสมือนปล่อยให้ความชื้นในดินลดลงตามเวลา โดยมีการติดตามค่าความชื้นที่ลดลงจากค่าที่ได้จากสมการปรับเทียบที่กำหนดว่า ซึ่งเป็นค่าความชื้นที่จะใช้ เป็น (Hd=1200-1345 mv, Ss 1200-1500 mV) และ (Hd< 1500 mV Ss - 2000) ตามลำดับ จุดสูงสุดของค่าเซนเซอร์ที่จะให้น้ำรอบใหม่แก่ข้าวอีกครั้ง ผลการวิจัยพบว่าการประเมินการวัด ความชื้นของเซนเซอร์วัดความชื้นในสภาพเรือนทดลอง ข้อมูลที่วัดด้วยเซนเซอร์ที่ติดตั้งนั้น สามารถแสดงผ่านได้ครบถ้วนในสภาพอยู่ในกระถางทดลองซึ่งสามารถดาวน์โหลดข้อมูลที่ แสดงผลจากเซนเซอร์ โดยพบว่าข้อมูลที่แสดงผลหรือที่ได้รับนั้นมีความแปรปรวนกันค่อนข้างต่ำ นอกจากนี้การออกแบบการใช้เซนเซอร์วัดความชื้นสำหรับแปลงเกษตรกรควรใช้สมบัติของดิน และพืชนั้น ได้แก่ สภาพพื้นที่ ชนิดดิน ความต้องการน้ำของพืช รูปแบบการให้แก่น้ำ รวมทั้งพันธุ์ พืช ดังนั้น การศึกษาครั้งนี้ออกแบบการให้น้ำสำหรับการปลูกข้าวเป็นการให้แบบเปียกสลับแห้ง โดยใช้เซนเซอร์เป็นการควบคุมการให้น้ำ อาจจะต้องพิจารณาในเรื่องชนิดดินโดยเฉพาะสมบัติ ของเนื้อดิน รวมทั้งจำเป็นต้องมีการปรับเทียบเพื่อสร้างสมการปรับเทียบและจำเป็นต้องมีความ ระมัดระวังการติดตั้งเซนเซอร์ เพื่อให้เก็บข้อมูลได้ครบถ้วนเพื่อไปประยุกต์ใช้สำหรับการปฏิบัติ ของเกษตรกร มชื้นของดิน เซนเซอร์,สมการเปรียบเทียบ การจัดการน้ำ