Cân bằng nước trong đất là chỉ sự "thu, chi" nước trong một thể tích đất nhất định (thường tính ở tầng đất hữu hiệu- tầng đất rễ cây vươn tới).
Theo định luật bảo toàn vật chất thì hàm lượng nước trong một thể tích nhất định sẽ không tăng thêm nếu không có nguồn bổ sung thêm từ ngoài vào (như nước xâm nhập, nước ngầm dâng lên trong mao quản). Ðồng thời, nếu không có nước bị hao hụt do bốc hơi, phát tán vào không khí hoặc thấm xuống tầng sâu thì lượng nước trong đất cũng không bị giảm. Trên đồng ruộng, cân bằng nước có liên quan mật thiết với cân bằng năng lượng vì sự "thu, chi" nước cần có năng lượng, đặc biệt là hiện tượng bốc hơi nước là quá trình tiêu hao năng lượng rất lớn. Vì vậy quá trình bốc hơi là do sự cung cấp đồng thời nước và năng lượng quyết định.
Sự cân bằng nước trong đất cho một thời gian nghiên cứu* có thể biểu thị như sau: N1 + N2 + N3 + N4 + N5 + N6 = N7 + N8 + N9 + N10 + N11 +N12
Trong đó vế trái công thức là các nguồn nước thu vào, bao gồm: N1 là nước có trong đất lúc bắt đầu nghiên cứu,
N2 là nước mưa trong thời gian nghiên cứu, N3 là nước ngầm trong thời gian nghiên cứu,
N4 là nước ngưng tụ từ khí quyển trong thời gian nghiên cứu, N5 là nước xâm nhập từ mặt đất trong thời gian nghiên cứu, N6 là nước xâm nhập từ mạch ngang trong thời gian nghiên cứu, Vế trái công thức là các nguồn nước thu vào, bao gồm:
N7 là nước bốc hơi trong thời gian nghiên cứu, N8 là phát tán trong thời gian nghiên cứu,
N9 là nước thấm sâu xuống tầng dưới trong thời gian nghiên cứu, N10 là nước chảy tràn bề mặt trong thời gian nghiên cứu,
N11 là nước mất đi theo mạch ngang trong thời gian nghiên cứu, N12 là nước còn lại sau thời gian nghiên cứu.
* Thời gian nghiên cứu thường là một năm tròn.
Nếu trong hoàn cảnh khí hậu ít biến động, qua một chu kỳ nghiên cứu, lượng nước lúc kết thúc bằng lượng nước lúc bắt đầu nghiên cứu (N11 = N1).
Trong thực tế nông nghiệp truyền thống, nước đi vào trong đất chủ yếu là nước mưa (phần thấm vào đất mà thôi) và nước tưới. Do đó:
Nước thu = Nước mưa + Nước tưới
Khi tính toán cân bằng nước trong đất thường dùng đơn vị là m3/ha hay mm cột nước. Nguyên lý cân bằng nước trong đất được ứng dụng rộng rãi trong nghiên cứu đất và nước. Hai thí dụ đơn giản sau đây:
Thí dụ 1. Lượng nước trong đất ở tầng hữu hiệu là 50 mm, trong đó nước vô hiệu là 30 mm (cây héo). Lượng mưa thời kỳ này thấp, bình quân 0,6 mm/ ngày; lượng nước do cây trồng tiêu hao là 1,6 mm/ ngày. Nếu không có nước ngầm cung cấp và xem lượng nước hữu hiệu cây sẽ hút hết, ta có thể tính sau bao nhiêu ngày nữa phải tưới để đảm bảo cho cây trồng đủ nước theo cách sau:
20 6 , 0 6 , 1 30 50 = − − ngày
Thí dụ 2. Tính lượng nước hao hụt hàng ngày trong một tầng đất: hàm lượng nước trong đất tưới lần trước vào ngày 10/ 3 là 89,6 mm, sau đó tưới thêm 45 mm, đến ngày 18/ 3 xác định hàm lượng nước trong đất là 100 mm. Trong thời gian từ 10/ 3 đến 18/ 3 trời không mưa, vậy lượng nước hao hụt trung bình hàng ngày là:
4,310 10 18 100 45 6 , 89 = − − + ngày