Design, Construction and Performance Evaluation of an Automatic Weighing Lysimeter

Document Type : Research Paper


1 Associate Professor, Department of Watershed Management, Faculty of Range and Watershed Management, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran

2 Ph.D. Candidate, Department of Watershed Management, Faculty of Range and Watershed Management, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran.

3 M.Sc. Student, Department of Watershed Management, Faculty of Range and Watershed Management, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran.

4 M.Sc. Student, Department of Computer Engineering, AmirKabir University of Technology, Tehran, Iran.


Evapotranspiration as an important component of the hydrologic cycle plays a large role in watershed’s water balance study. Accurate estimation of evapotranspiration rate is essential for efficient management of irrigation, determination of plants water demand as well as design of irrigation systems. The aim of the current study is to design and construct a weighing lysimeter to address the need for accurate monitoring of evapotranspiration. The designed lysimeter in this research contains two concentric cylinders. The internal cylinder is the main container of the lysimeter and outer cylinder has the role of protection and isolation of the main container from surrounding soil media. The main container is open-ended from top, but sealed in sidewalls and bottom end, except for orifices at the bottom end to drain the saturation excess water from main container. The main container was made from 3 mm and 6 mm thick steel sheets for sidewall and bottom, respectively. The inner diameter and depth of the main container were 45 cm and 60 cm, respectively. After filling with soil, the containers were loaded on relatively precise and cheap loadcells fixed to a rigid metal framework. An electronic board, which can support four loadcells, was developed for calibration of loadcells and setting up the monitoring and recording the output signals of loadcells as a text file saved on an external memory card. The board can display the instantaneous weight of containers and save them at user defined intervals. The results of performance evaluation indicated that the developed lysimeter can measure and record temporal changes of soil moisture with an acceptable accuracy.


1. افتادگان خوزانی، ا. (1391). ارزیابی داده­های تبخیر و تعرق برآوردشده با لایسیمتر و روش پنمن‌مانتیث فائو و پهنه­بندی آن در استان یزد. خشک‌بوم یزد. 2: 280-290.
2. بیگلویی، م. و مقصودی،  ا. (1382). تعیین مناسب‌ترین روش برآورد تبخیر و تعرق پتانسیل گیاه مرجع برای منطقه رشت. علوم خاک و آب. 3: 34-43.
3. راد، م.ه.، میرحسینی، س.ر.، مشکوه، م.ع. و سلطانی، م. (1387). طراحی، ساخت و نصب لایسیمترهای وزنی به‌منظور تعیین نیاز آبی درختان و درختچه ­ها در مناطق خشک، فصلنامه علمی- پژوهشی تحقیقات مرتع و بیابان. 15(1): 58-51.
4. زارع ابیانه، ح.، سبزی پرور، ع. و معروفی، ص. (1390). ارزیابی روش‌های مختلف برآورد تبخیر تعرق گیاه مرجع و پهنه‌بندی آن در ایران. پژوهش‌های جغرافیای طبیعی. 74 : 95-110.
5. زردشتی، ف.، بختیاری، ب.، قادری، ک.، خانجانی، م.ج. و بنایان، م. (1397). طراحی و ساخت لایسیمتر کوچک وزنی هوشمند قابل حمل به‌منظور اندازه­گیری دقیق نیاز آبی گیاه، تحقیقات آب و خاک ایران. 49(3): 704-695.
6. سهرابی، ت.، ابراهیمی، ع. ر.، رحیمـی، ح. و خلیلـی، ع.، (1384). طراحی، ساخت و نصب لایسیمتر وزنی به‌منظور تعیین نیاز آبی گیاهان زراعی، علوم کشاورزی و منابع طبیعی. 12(2): 42-33.
7. علی­حوری، م. (1398). مقایسه روش‌های لایسیمتری و محاسبه­ای در تعیین نیاز آبی خرما، مدیریت آب و آبیاری. 9(2): 94-81.
8. قمرنیا، ه. و لرستانی، م. (1397). بررسی کارایی روش‌های تجربی برآورد تبخیر- تعرق مرجع (بر پایه درجه حرارت) در اقلیم­های مختلف (مطالعه موردی ایران)، مدیریت آب و آبیاری. 8(2): 319-303.
9. قمرنیا، ه.، رضوانی، س.و.ا. و فتحی، پ. (1391). ارزیابی و واسنجی مدل­های تبخیر و تعرق گیاه مرجع با توجه به اثر دوره محاسباتی برای اقلیم نیمه‌خشک سرد، مدیریت آب و آبیاری. 2(2): 37-25.
10. مساعدی، ا. و قبائی­سوق، م. (1391). ارزیابی معادله­های مختلف تجربی برآورد تبخیر و تعرق گیاه مرجع در شرایط  مختلف نبود پارامترهای هواشناسی اندازه­گیری‌شده در چند ناحیه آب‌وهوایی ایران. دانشگاه کشاورزی و منابع طبیعی گرگان. پژوهش‌های حفاظت آب و خاک. 3 : 50-38.
11. Abdulkareem, J.H., Abdulkadir, A. & Abdu, N. (2015). A review of different types of lysimeter used in solute transport studies. International Journal of Plant & Soil Science, 8(3), 1-14.
12. Aboukhaled, A., Alfaro, A. & Smith, M. (1982). Lysimeters. FAQ Irrig. And Drain. Paper No. 39. Rome.
13. Jacovides, C.P. (1977). Reply to comment on Statistical procedures for the evaluation of evapotranspiration models. Agricultural Water Management, 3, 95-97.
14. Kohnke, H., Dreibelbis, F.R. & Davidson, J.M. (1940). A survey and discussion of lysimeters and a bibliography on their construction and performance (No. 372). US Department of Agriculture.
15. Lorite, I.J., Santos, C., Testi, L. & Fereres, E. (2012). Design and construction of a large weighing lysimeter in an almond orchard. Spanish Journal of Agricultural Research, 10(1), 238-250.
16. Marek, G., Gowda, P., Marek, T., Auvermann, B., Evett, S., Colaizzi, P. & Brauer, D. (2016). Estimating preseason irrigation losses by characterizing evaporation of effective precipitation under bare soil conditions using large weighing lysimeters. Agricultural Water Management, 169, 115-128.
17. Norman, J.M., Kustas, W.P. & Humes, K.S. (1995). Source approach for estimating soil and vegetation energy fluxes in observations of directional radiometric surface temperature. Agricultural and Forest Meteorology, 77(3-4), 263-293.
18. Salisbury, F.B. & Ross, C. (1969). Plant physiology. Wadsworth Publ. Co., Inc., Belmonr, CA. 7& p.