Существуют разные подходы к трактовке и созданию научных теорий происхождения гумуса.

Микробиологическая концепция образования почвенного гумуса зародилась в прошлом веке трудами С.П. Костычева. Впоследствии ее развивали почвенные микробиологи – С.Н. Виноградский, Д.М. Новогрудский и др. Эта теория до последнего времени не получила своего широкого признания. Суть ее в том, что почвенные микроорганизмы среди продуктов внутриклеточного микробного синтеза продуцируют соединения, сходные по строению с гуминовыми кислотами – темноцветные хромопротеиды – пигменты меланоидного типа. Особенно это касается меланопротеидов грибов, содержащие азот в гетероциклах. Таким образом, согласно этой теории, синтез меланопротеидов сравнивается с внутриклеточным образованием микроорганизмами гуминовых кислот. Эти вещества благодаря своей устойчивости к микробному разложению могут накапливаться в почвах и прямо или путем включения в качестве основы гумусовых веществ способствуют созданию почвенного гумуса.

Наиболее распространены схемы гумификации, предложенные М.М. Кононовой и Л.Н. Александровой. М.М. Кононова считает, что специфической реакцией гумификации является конденсация ароматических соединений фенольного типа с аминокислотами и протеинами. Источники структурных единиц – продукты распада лигнинов, танинов, фенольные соединения продуктов метаболизма микроорганизмов, аминокислоты и пептиды частичного распада и синтеза белковых соединений.

Л.Н. Александрова подчеркивает длительность и многообразие отдельных звеньев гумификации. На первой стадии ведущим оказывается процесс кислотообразования в результате биохимического окисления продуктов разложения органических остатков. При этом происходит фракционирование системы образующихся гумусовых кислот по степени растворимости на группы гуминовых кислот и фульвокислот. В почве формируется сложная система свободных гуминовых кислот и их органо минеральных производных. Одновременно образуется и азотная часть гуминовых кислот. На второй стадии гумификации в гуминовых кислотах постепенно возрастает степень ароматизации вследствие частичного отщепления алифатических цепей, дезаминирования и внутримолекулярных перегруппировок. Эта стадия очень длительная, осложняющаяся постоянным поступлением вновь образующихся гумусовых веществ. Третья стадия трансформации гумусовых веществ – их постепенная минерализация.

Конденсационная теория М.М. Кононовой не исключает участия высокомолекулярных фрагментов в процессе гумификации. Гипотеза Л.Н. Александровой в свою очередь не исключает реакций конденсации в процессе гумификации. Таким образом, можно полагать, что оба эти пути гумификации возможны и реально существуют в природе.

В общем виде взаимосвязь между процессами минерализации и гумификации, между основными источниками гумусовых веществ и самими гумусовыми веществами можно представить как постоянно идущий распад, доходящий до разных степеней и одновременно постоянно идущий синтез, начинающийся с любого этапа разложения.

Д.С. Орлов предложил кинетическую теорию гумификации, подчиняющуюся уравнению: Н = f(Q, I, t), где Н – степень гумификации: Q – общий объем поступающих в почву растительных остатков; I – интенсивность их трансформации, зависящая от скоростей отдельных стадий процесса и пропорциональной биохимической активности почв; t – время воздействия почвы на поступившие остатки. Глубину гумификации можно связать с общим уровнем биохимической (или биологической) активности почв.

Теория фрагментарного обновления гумусовых веществ А.Д. Фокина основана на том, что продукты разложения органических веществ могут не формировать целиком гумусовую молекулу, а включаться путем конденсации сначала в периферические фрагменты уже сформированных молекул, а затем в циклические структуры.

Согласно этой теории, результатом биохимической трансформации растительных остатков и гумусовых веществ является формирование системы специфических (гумусовых) и неспецифических органических соединений, термодинамически наиболее устойчивых в данных условиях. При этом одно из наиболее общих свойств этой системы – ее динамичность. Внутригодичное изменение системы гумусовых веществ подчиняется определенной цикличности, которая приводит ее (систему) в одно и то же время к вполне определенному стабильному состоянию.

Анализируя характер гумификации, обычно в первую очередь отмечают интенсивность гумусообразования, содержание в гумусе азота, соотношение гуминовых и фульвокислот, ненасыщенность и насыщенность гумуса щелочными, щелочноземельными элементами и железо алюминиевыми комплексами.

Гуминовые кислоты (ГК) идентифицируются своей нерастворимостью в кислотах и легкой растворимостью в растворах щелочей, из которых они осаждаются при подкислении. ГК имеют интенсивный бурый (бурые лесные почвы) или черный (черноземы, дерновые почвы) цвет, который и придает почвам темную окраску даже при невысоком содержании гумуса. В сухом состоянии ГК нерастворимы в воде. Однако свежеосажденные, только что образованные ГК медленно растворяются в воде. Эта способность играет важную роль в передвижении гумуса в черноземах и в формировании мощного гумусового профиля в почвах под травянистыми биоценозами.

ГК интенсивно поглощают кальций и выпадают в осадок в виде гуматов кальция. Эта соль устойчива к растворению и имеет нейтральную реакцию. Поэтому такой большой стабильностью и характеризуются гумусовые профили чернозёмов. Вместе с тем ГК активно взаимодействуют с катионами железа и алюминия, образуя устойчивые комплексные соединения. Эти соединения обладают кислой реакцией, так как не все кислотные группы связываются с полуторными окислами. Органоминеральные комплексы ГК устойчивы к микробиологическому разложению и это способствует накоплению гумуса в почвах. Ненасыщенные фракции ГК способны разлагать минералы, но ненасыщенность этих веществ – явление редкое в природе. С минералами монтмориллонитовой группы ГК образуют прочные комплексы черного цвета, придающие антрацитовый цвет большой группе слитоземов, хотя общее количество гумуса в этих почвах очень невелико.

Ёмкость обмена для ГК составляет 400-500 м.-экв. на 100 г сухого вещества, при этом главным обменным катионом является кальций. При насыщении ГК обменным натрием образуются золи гуматов натрия, интенсивно подвижные в таких почвах, как солонцы.

Фульвокислоты (ФК) гумуса отличаются растворимостью в кислотах и щелочах, а также частично в воде. ФК, растворясь в воде, могут давать очень концентрированные кислые растворы. Их цвет – от соломенно-жёлтого до оранжевого.

Значительна поглотительная способность ФК. Их катионная емкость обмена составляет 600-800 м.- экв. на 100г сухого вещества ФК.

С катионами калия, натрия, аммония, кальция и магния ФК образуют водорастворимые соли. В зависимости от условий с полуторными окислами ФК образуют соединения, которые или находятся в растворе, или выпадают в осадок. Чем больше на единицу полуторных окислов приходится ФК и чем больше разбавлен раствор, тем больше подвижность соединений. Такие условия наблюдаются в верхней части подзолистых почв в элювиальном горизонте А₂. При возрастании концентрации и при значительном преобладании в растворах соединений железа и алюминия наблюдается осаждение компонентов. Это характерно для иллювиальных горизонтов почв.

ФК в ненасыщенном состоянии отличаются значительной агрессивностью по отношению к силикатной и алюмосиликатной частям почв, разрушая минералы химически. С этим свойством связано их активное участие в подзолообразовательном процессе. При нейтрализации фульвокислот двухвалентными и трехвалентными катионами что характерно для буроземообразования, их агрессивность резко падает, и подзолистые явления не проявляются.

Гумины – самая устойчивая часть гумусовых веществ, не извлекаемая из почв щелочными растворами даже при нагревании. Для них характерна прочная связь с минеральной частью почвы. Вернее говорить не об органических соединениях, а об особых органоминеральных комплексах, вероятно, практически не поддающихся процессам микробиологической минерализации и имеющих длительную сохранность в почвах и постпочвенных образованиях (четвертичные глины и суглинки).

Географические закономерности гумусообразования впервые разработаны И.В. Тюриным. Мощность гумусового горизонта, содержание и запасы гумуса имеют зональный характер распределения. Максимальное гумусонакопление проявляется в типичных черноземах лесостепи. К северу и югу показатели гумусового состояния снижаются.