Electronic Theses and Dissertation

Kesuburan tanah ditentukan oleh keberadaan unsur hara di dalam tanah. namun penggunaan lahan secara intensifikasi menyebabkan terjadi degradasi unsur hara sehingga lahan tersebut perlu dilakukan pemupukan. masalah utama yang dihadapi petani dalam menerapkan metode precision agriculture adalah sulitnya memprediksi kandungan unsur hara tanah secara cepat dan tepat. kelebihan unsur hara dapat menyebabkan pencemaran tanah dan unsur hara tersebut dapat menjadi racun bagi tanaman, sedangkan kekurangan unsur hara dapat menyebabkan tanaman tidak dapat tumbuh secara optimal. dalam rangka penerapan dan pengembangan pertanian presisi, pemupukan dengan penggunaan fertilizer dapat memberikan pupuk dengan dosis yang tepat agar jumlah unsur hara pada tanah tercukupi dengan optimum. penggunaan teknologi sensor infrared berbasis nirs sangat berpotensi prediksi nutrisi tanah secara cepat dan simultan. keuntungan dari metode ini antara lain tidak adanya kerusakan pada material, preparasi sampel yang relatif sederhana, tidak ada bahan kimia sehingga tidak ada kontaminan, dan estimasi sifat-sifat tanah secara simultan. pemanfaatan sistem kontrol dapat digunakan sebagai alternatif pemecahan masalah dalam mengontrol dosis pemupukan secara presisi yaitu tepat waktu, tepat lokasi dan tepat dosis. sistem kontrol mengatur kecepatan putar penjatah (metering device) sehingga mampu memberikan penjatahan pupuk sesuai kebutuhan tanaman yang diistilahkan dengan variable rate technology (vrt). tujuan dari penelitian ini secara umum adalah (1) medeteksi unsur hara nitrogen, fosfor, dan kalium tanah berbasis sensor infra merah (nirs) sehingga dapat dijadikan sebagai acuan sistem penjatah pupuk npk. (2) merancang alat penjatah pupuk berbasis sensor npk tanah dan dikontrol menggunakan arduino supaya dapat mengukur unsur hara tanah dan mampu menghasilkan takaran pupuk sesuai yang dibutuhkan oleh tanaman. penelitian diawali dengan pengambilan sampel tanah pada lahan kering kabupaten aceh besar sampai kedalaman 30 cm untuk analisa lab dan akuisisi spektrum infrared sampel tanah. koreksi spektrum akan menggunakan standard normal variate (snv), peak normalization (pn), dan mean normalization (mn). kemudian dilanjutkan dengan membangun model prediksi dengan metode principal component regression (pcr), validasi dengan metode k- fold cross validation, evaluasi dengan parameter statistik. tahun kedua adalah diawali dengan perancangan sistem penjatahan pupuk berbasis sensor npk tanah dan arduino, menentukan mekanisme kerjanya sehingga pupuk urea, sp36 dan kcl berbasis vrt (variable rate technology) yang keluar pada sistem penjatah tepat dosis. mekanisme kerja sistem kontrol metering device diawali dengan sensor soil npk membaca kadar nitrogen, pospor dan kalium pada tanah, diteruskan ke arduino uno yang membandingkannya dengan nilai referensi nutrisi yang diatur dalam program dan menghidupkan atau mematikan motor servo. lcd menampilkan informasi nutrisi dan instruksi on/off motor servo. penggunaan teknologi nirs untuk memprediksi kadar nitrogen, fosfor dan kalium pada lahan pertanian kering di aceh besar. model pcr dikalibrasi dengan pretreatment mn yang mencapai prediksi paling akurat pada nitrogen dan kalium dengan residual predictive deviation (rpd) masing-masing 6.79 dan 4.92, sedangkan pretreatment snv mencapai prediksi paling akurat pada fosfor dengan rpd 3.05. model prediksi pcr tidak bisa didapatkan jika menggunakan data mentah dari sampel tanah pada penelitian ini. prototipe sistem kontrol metering device dapat mengontrol keluaran pupuk urea, sp-36 dan npk secara presisi dengan akurasi sistem kontrol metering device bervariasi. hasil pengujian mape menunjukkan pupuk urea memperoleh nilai yang dikategorikan baik dengan nilai persentase yaitu 0,12. sedangkan pupuk sp36 dan kcl termasuk nilai yang dikategorikan cukup dengan nilai persentase yaitu 0,23 dan 0,41.

Soil fertility is determined by the presence of nutrients in the soil. However, intensified land use causes nutrient degradation so that the land needs to be fertilized. The main problem faced by farmers in implementing precision agriculture methods is the difficulty of predicting soil nutrient content quickly and accurately. Excess nutrients can cause soil pollution and these nutrients can be toxic to plants, while lack of nutrients can cause plants to not grow optimally. In the context of implementing and developing precision agriculture, fertilization using fertilizer device can provide fertilizer at the right dose so that the optimum amount of nutrients in the soil is sufficient. The use of NIRs-based infrared sensor technology has the potential to predict soil nutrients quickly and simultaneously. The advantages of this method include no damage to the material, relatively simple sample preparation, no chemicals so there are no contaminants, and simultaneous estimation of soil properties. Utilization of a control system can be used as an alternative solution to problems in controlling fertilizer doses precisely, at the right location and at the right dose. The control system regulates the rotating speed of the metering device so that it is able to provide fertilizer rationing according to plant needs, which is termed Variable Rate Technology (VRT). The general objectives of this research are (1) Detecting soil nutrients nitrogen, phosphorus and potassium based on infrared sensors (NIRS) so that they can be used as a reference for the NPK fertilizer rationing system. (2) Designing a fertilizer rationing tool based on a soil NPK sensor and controlled using an Arduino so that it can measure soil nutrients and be able to produce fertilizer doses according to what the plants need. The research began with taking soil samples on dry land in Aceh Besar Regency to a depth of 30 cm for laboratory analysis and infrared spectrum acquisition of soil samples. Spectrum correction will use Standard Normal Variant (SNV), Peak Normalization (PN), and Mean Normalization (MN). Then proceed with building a prediction model using the Principal Component Regression (PCR) method, validation using the k-fold cross validation method, evaluation using statistical parameters. The second year begins with designing a fertilizer rationing system based on soil NPK sensors and Arduino, determining the working mechanism so that VRT (Variable Rate Technology) based urea, SP36 and KCl fertilizers come out in the right dosage rationing system. The working mechanism of the metering device control system begins with the NPK soil sensor reading the levels of nitrogen, phosphorus and potassium in the soil, passing it to the Arduino Uno which compares it with the nutrient reference values set in the program and turns the servo motor on or off. LCD displays nutritional information and servo motor on/off instructions. Using NIRS technology to predict nitrogen, phosphorus and potassium levels on dry agricultural land in Aceh Besar. The PCR model calibrated with MN pretreatment achieved the most accurate predictions on nitrogen and potassium with Residual Predictive Deviation (RPD) of 6.79 and 4.92, respectively, while SNV pretreatment achieved the most accurate predictions on phosphorus with RPD of 3.05. The PCR prediction model cannot be obtained if using raw data from soil samples in this study. The prototype metering device control system can control the output of urea, SP-36 and NPK fertilizers precisely with varying metering device control system accuracy. The MAPE test results show that urea fertilizer obtained a value that is categorized as good with a percentage value of 0.12. Meanwhile, SP36 and KCl fertilizers include values that are categorized as sufficient with percentage values of 0.23 and 0.41.