В логике почвенно-географического районирования Добровольского Г. В. и Урусевской И. С. (2004) Каменная степь расположена в граничной зоне двух провинций. На севере лежит провинция Л27 – Окско-Донская оподзоленных, выщелоченных и типичных среднегумусных и тучных мощных и среднемощных черноземов и серых лесных почв. На юге М 35 – Южно-Русская обыкновенных среднемощных среднегумусных и южных средне- и маломощных и малогумусных черноземов.
Таким образом, уже исходя из просмотра местоположения Каменной степи в системе районирования видно, что территория её обладает сложным, переходным почвенным покровом.
Нестеров А. И. (1971) выделяет в Каменной степи три типа местности. Это плакорный, междуречный недренированный и склоновый.
К междуречному недренированному типу местности относятся лишенные дренажа участки водоразделов с неглубоким залеганием грунтовых вод. Этот тип местности является характерным природным комплексом для Окско-Донской равнины. Конструктивный фон выполняют лугово-черноземные почвы в сочетании с черноземно-луговыми. Первые занимают выровненные слабодренированные плоскоместья, слабопологие склоны, вторые окружают различные депрессии и покрывают плоско-вогнутые участки водоразделов, лиманы, лощины. Ареалы этих почв обширные, изоморфные. Обязательными компонентами СПП являются сложные западинные комплексы и микросочетания почв.
СПП на плакорном типе местности, отличающемся от междуречного лучшей дренированностью и большей расчлененностью, характеризуется появлением и большей расчлененностью, характеризуется появлением в качестве основных компонентов наряду с лугово-черноземными почвами типичных и карбонатных перерытых черноземов. При этом доля участия черноземов в СПП увеличивается с увеличением овражности районов и уменьшением западин на плакорах.
В целом плакоры характеризуются сложными почвенными сочетаниями с участием в СПП гомогенных ареалов, пятнистостей типичных и карбонатных перерытых черноземов и лугово-черноземных тучных и среднегумусных мощных и среднемощных глинистых почв, а также западинных комплексов (Ахтырцев А. Б., 1981).
Генезис черноземов Каменной степи тесно связан с растительным покровом, с луговым режимом этой территории. Н. Н. Никанорова (1953) рисует его следующим образом При близком залегании грунтовых вод в прошлом, здесь была развита мощная влаголюбивая растительность. Начали формироваться луговые почвы, заболоченные, местами засоленные. При углублении и расширении овражной сети усилился дренаж и уровень грунтовых вод начал постепенно понижаться, а почвы лишаться избыточного увлажнения и непрерывно изменяться под влиянием преобладающих нисходящих токов атмосферных вод. Соли, находящиеся вверху, постепенно вымывались вниз; происходила дифференциация на горизонты. Формировались лугово-черноземные почвы. Одновременно менялся характер растительности, - появились степные формации, сменяющие луговые. Грунтовые воды опускались глубже, и влияние их на почвообразовательный процесс становилось все меньше. Появившиеся землерои увеличивали аэрацию почв, перераспределяли органическое вещество на большую глубину. Вследствие этих причин усиливалось остепнение и почвы приобретали все признаки черноземов. Они являются переходными от лугово-черноземных к почвам уже остепненным - черноземам.
В местах, где были когда-то лесные колки, в мелких понижениях и более глубоких западинах образовались выщелоченные и оподзоленные почвы. В условиях многолетней залежи в верхней части профиля этих почв идет накопление органического вещества, и они имеют довольно мощный гумусированный слой.
В настоящее время в Каменной степи грунтовые воды залегают на различных глубинах - от 2,5 до 10 м от поверхности, иногда и ниже.
Основные почвенные разновидности Каменной степи характеризуются следующими показателями.
Черноземы обыкновенные глинистые развиты на выравненных участках водоразделов с уровнем залегания грунтовых слабо минерализованных вод ниже 6 м. Мощность гумусового горизонта равна 45-50 см; мощность горизонтов A+B около 100 см. Содержание гумуса в верхнем слое колеблется от 7 до 10%. Уменьшение гумуса вниз по профилю почв постепенное. Запасы гумуса в черноземах обыкновенных составляют 500—600 т/га в метровом слое и 600—700 т/га в двухметровом.
Реакция черноземов обыкновенных близка к нейтральной, с небольшими колебаниями в зависимости от перерытости землероями. рН=6,8-7,2. Почвы обладают высокой емкостью обмена - до 50—60 мг-экв на 100 г почвы, что связано с высоким содержанием илистой фракции и высоким содержанием гумуса, а также с их минералогическим составом (наличие группы минералов монтмориллонита).
Черноземы выщелоченные глинистые распространены по микропонижениям, мелким широким лощинам, в плакорном залегании - среди лесных полос. Грунтовые воды находятся ниже 6 м. Мощность равномерно окрашенного гумусом слоя около 40 см. Мощность горизонта А + В доходит до 175 см, против 110 см в черноземах обыкновенных. Вскипание от НСl на глубине 80-100 см и зависит от количества проникающих в почву вод, насыщенных в различной степени, в зависимости от сезона, углекислотой и органическими кислотами. Намечается иллювиальный горизонт В1. Содержание гумуса в почвах такое же, как в черноземах обыкновенных, с некоторым накоплением (до 14%) в поверхностном слое. Это накопление произошло в предшествующее, до посадки леса, время, когда здесь был мощный луговой травянистый покров. Запасы гумуса в метровом слое равны около 718 т/га, в двухметровой толще 872 т/га. Емкость обмена достигает 55м-экв. Реакция почв слабокислая: рН водный - 6,2. Лугово-черноземные почвы глинистые расположены в слабо пониженных частях водораздела (на залежных участках). Уровень залегания грунтовых вод 3 - 4 м. Минерализация вод неоднородна: от 0,9 г до 11 г/л. Эти воды при перемежающихся периодах поднятия и опускания создали различное распределение солей по профилю почв. Лугово-черноземные почвы постепенно остепняются в связи с изменением окружающих условий: усилением дренажа, опусканием уровня грунтовых вод, сменой растительности, деятельностью человека. Почвы содержат значительное количество органического вещества в верхнем слое (около 14 - 15% гумуса). Запасы гумуса — около 638 т/га в слое 1 м.
В случае преобладания нисходящих токов воды лугово-черноземные почвы выщелачивают легкорастворимые соли и карбонаты вымываются вниз и намечается образование иллювиального слоя. По более глубоким замкнутым понижениям залегают оподзоленные лугово-черноземные почвы, близко напоминающие почвы Шипова леса, что заставляет предполагать наличие в этих западинах в прошлом лесных колков. Запасы гумуса в лугово-черноземных почвах составляют в метровом слое 600 т/га.
Все почвы Каменной степи в поглощающем комплексе содержат небольшие количества натрия, по-видимому, обусловливающего их темный цвет и часто грубую структуру при вспашке.
Во многих местах Каменной степи в плакорном залегании на глубине около 2—3 м имеется темноокрашенный гумусированный горизонт различной мощности. Содержание гумуса в нем около 1%. Причиной его возникновения, по-видимому, являются отчасти иллювиальные процессы, а отчасти его генезис связан с прошлой луговой стадией развития.
Со времени работы в Каменной степи Никаноровой Н. Н. в почвенном покрове Каменной степи произошли существенное изменения. Произошло значительное поднятие грунтовых вод. На разных участках оно составило от 2 до 3-х метров. Средний уровень залегания грунтовой воды на плакоре в 50-х годах составлял 6 метров, сейчас же 2-4 метра. Более высокая увлажненность почв привела к тому, что тяжелая техника при вспашке более сильно уплотняет почву. В итоге переуплотнение почв – проблема всей каменной степи. Достоверно установлено повышение плотности за последние 50 лет благодаря применению ретроспективного мониторинга, а также снижение содержания гумуса на 1% (Хитров Н. Б., 2007).
Хитров Н. Б. и Чевердин Ю. И. (2007) в 2006 году выявили 95 ареалов сезонно-переувлажненных почв и/или затопленных в период с марта-начала апреля. 50 лет назад такого не отмечалось. Данные процессы начались уже в XXI веке. Близкое залегание грунтовых вод приводит к накоплению в гумусовых горизонтах почв легкорастворимых солей, преимущественно гипса. Но в некоторых местах, там, где рельеф водоупора имеет замкнутый характер, подтягивается сода, что приводит к осолонцеванию почв.
Поднятие уровней грунтовых вод привело к значительному увеличению участия в СПП лугово-черноземных почв (по классификации 2007 года), или гидрометаморфизованных почв (на уровне подтипа) в классификации 2004 года. Количественные оценки в изменении СПП не производились. В 2007 году собирался материал для составления СПП, после чего такая оценка станет возможной. Несмотря на очевидность переувлажнения «подпочв» на территории Окско-Донской низменности, этот факт очень долгое время оставался вне внимания почвоведов. В частности, в Каменной Степи широкое распространение грунтового увлажнения почв до середины 70-х гг. XX в. не учитывалось при их генетической интерпретации и классификационной оценке, соответственно оно не отражалось и при почвенном картографировании.
Ситуация исторически объяснима, так как В.В. Докучаев не относился к различиям в водном режиме как основанию для разделения почв. Почвенно-грунтовое переувлажнение в качестве составляющего элемента почвенного профиля и одновременно важного фактора почвообразования окончательно закрепилось в «Классификации и диагностике почв СССР» (1977). В качестве основного критерия при выделении гидроморфных почв принимался уровень грунтовых вод (>3,0 м - гидроморфные или луговые; 3,0-6,0 м - полугидроморфные или лугово-черноземные почвы).