Современные представления о происхождении черноземных почв сложились на основании трудов В.В.Докучаева, П.А. Костычева, А.А. Измаильского, Г.Н. Высоцкого, Л.И. Прасалова, П.Г. Адерихина, Е.А. Афанасьевой и других исследователей. Ведущим процессом формирования черноземов является дерновый процесс, сущность которого заключается в:
- накоплении гумуса,
- аккумуляции биофильных элементов,
- формировании водопрочной структуры под воздействием травянистой растительности.
Ведущим элементарным почвенным процессом (ЭПП) в черноземах является гумусообразование, для которого в этих почвах складываются наиболее оптимальные условия:
- высокое количество ежегодного опада (8-20 т/га);
- преобладающая часть опада (более 60%) поступает в почву в виде корней;
- высокое содержание оснований и азота в составе опада;
- высокое содержание оснований в почвообразующих породах;
- насыщенность минеральной части почв кальцием и магнием и близкая к нейтральной реакция среды;
- умеренная биологическая активность;
- ярко выраженная контрастность режима влажности при периодически промывном водном режиме.
Большая мощность гумусового профиля определяется глубиной проникновения корней травянистой растительности.
Дерновый процесс в черноземах сочетается с целым рядом ЭПП:
- элювиальных (выщелачивание, оподзоливание, лессиваж, осолодение),
- метаморфических (оглеение, оглинение, слитизация),
- гидрогенно-аккумулятивных (олуговение, засоление),
- иллювиально-аккумулятивных (карбонатно-иллювиальный) и др.
В результате этих процессов формируются свойства, позволяющие разделять черноземы на разных таксономических уровнях (подтип, род, вид).
Черноземы разделяют на пять подзональных подтипов, которые расположены с севера лесостепной зоны к югу степной в таком порядке:
- черноземы лесостепи — оподзоленные, выщелоченные, типичные;
- черноземы степной зоны — обыкновенные, южные.
Профиль черноземов имеет следующее строение:
- А — гумусовый, однородно темноокрашенный с зернистой структурой;
- АВ — гумусовый, темноокрашенный с общим осветлением (побурением) книзу и более светлый, чем горизонт А, с зернистой или комковато-зернистой структурой;
- В — бурый, преимущественно с неравномерно затечной, языковатой, ослабевающей книзу гумусированностью. Может подразделяться на горизонты В1, В2, а в ряде подтипов выделяют оглиненные (Bt) или иллювиально-карбонатные (Вк ) подгоризонты;
- ВСк — переходный к почвообразующей породе, карбонатный;
- Ск — почвообразующая порода, содержит карбонаты.
Мощность гумусовых горизонтов составляет 60-100 (180) см.
Черноземы оподзоленные являются ближайшей, генетически родственной группой к темно-серым лесным почвам, характеризуются сочетанием гумусонакопления и слабой элювиально-иллювиальной дифференциацией почвенного профиля под влиянием оподзоливания и лессиважа. Отличительные морфологические признаки — наличие осветленной мучнисто-белой (кремнеземистой) присыпки в нижней части горизонта А и в верхней — горизонта АВ. Для этого подтипа характерно также глубокое залегание карбонатов (глубина вскипания от НСl 150 см и глубже).
Черноземы, выщелоченные характеризуются вымытостью карбонатов из гумусового слоя (А + АВ) и из верхней половины переходного горизонта В1, ниже которого залегает карбонатный горизонт Вк . В профиле выщелоченных черноземов наблюдается слабая элювиально-иллювиальная
Черноземы типичные характеризуются наиболее сильным проявлением процесса гумусообразования и отсутствием элювиально-иллювиальной дифференциации по илу и полуторным оксидам. Они имеют наиболее высокое содержание гумуса и самую большую мощность гумусовых горизонтов (А + АВ), которая может достигать 100-180 см. Вскипают в горизонте АВ. Имеют следующее строение профиля: А — АВ — АВк — Вк — ВСк — Ск.
Черноземы обыкновенные формируются в северной части степной зоны, в более засушливых условиях, чем типичные, и поэтому с более ослабленным, чем у типичных, накоплением гумуса и более высоким залеганием карбонатного горизонта. Карбонаты в горизонте Вк проявляются в форме белоглазки.
Состав и свойства черноземов. Несмотря на значительное варьирование свойств различных подтипов черноземов, можно отметить определенные закономерности зональных и подзональных изменений состава и свойств В направлении от оподзоленных к типичным черноземам увеличивается мощность гумусового слоя, содержание гумуса, емкость катионного обмена, степень насыщенности ППК основаниями; снижается кислотность, глубина вскипания. В направлении от типичных к южным — снижается мощность гумусового слоя, содержание и запасы гумуса, емкость катионного обмена, в ППК появляется обменный натрий, и реакция становится слабощелочной, продолжает снижаться глубина залегания карбонатов.
Таким образом, наиболее ярко главные свойства черноземов проявляются в черноземах типичных.
В составе гумуса всех подтипов черноземов преобладают гуминовые кислоты. В минералогическом составе черноземов преобладают первичные минералы. В составе вторичных минералов содержатся минералы группы монтмориллонита, гидрослюды, вермикулит, хлорит и др. Черноземы характеризуются высокой степенью обеспеченности элементами питания, в том числе микроэлементами, что обусловлено биогенной аккумуляцией азота, фосфора, серы и других элементов. Они обладают рыхлым сложением, высокой влагоемкостью, хорошей водопроницаемостью и структурностью. Плотность гумусовых горизонтов — 1,0-1,3 г/см3, общая порозность 50-60%, некапиллярная (межагрегатная) порозность составляет, примерно, 18-20%, что обеспечивает хорошую воздухо- и водопроницаемость.
Часто проявляющийся недостаток влаги для растений в черноземных почвах является следствием невысокого количества атмосферных осадков, летние осадки увлажняют только пахотный слой. Запас влаги создается осенью и весной при снеготаянии.