День за днем, неделю за неделей неутомимо вел Докучаев свои исследования, проходя и проезжая ежедневно несколько десятков верст, делая почвенные разрезы, собирая образцы почв, заполняя десятки полевых журналов записями об особенностях почв, геологическом строении, рельефе, растительности, климате и хозяйстве изучаемых районов. Побывал он снова и в родных местах — в Милюкове, Вязьме, прошел по Смоленской губернии, по тем же дорогам, где он получил первую закалку еще в годы бурсы, когда возглавлял ватагу бурсаков, шагавших вдоль санного двухсотверстного пути на зимние каникулы в родные деревни.

Во время первых экскурсий Докучаев был еще молодым ученым, твердых традиций полевого исследования почв тогда еще не существовало и было очень легко наделать множество ошибок, легко разменяться на мелочи. Но Докучаев сознавал эту опасность с первого же дня своей работы над черноземом; многие очень интересные, но частные подробности он безжалостно опускал. Он писал:

«Не было физической возможности входить во время экскурсий в рассмотрение различного рода детальных вопросов о черноземе; ясно, что не в моих средствах было останавливаться на фактическом решении многих практических вопросов, может быть и важных, но имеющих, несомненно, местный интерес… Я исключительно преследовал общие задачи и стремился, по возможности, изучить чернозем с научной, естественно-исторической точки зрения: мне казалось, что только на такой основе и только после всесторонней научной установки этой основы и могут быть построены различного рода действительно практические меры к поднятию сельского хозяйства черноземной полосы России».

С самого начала работы Докучаев четко очертил круг вопросов, которые нужно было решить. В 1881 году в своей статье «Ход и главнейшие результаты предпринятого Вольным экономическим обществом исследования русского чернозема» Докучаев писал: «Мне предстояло решить такие коренные задачи: что вообще следует называть почвой? Какая ее толщина, строение и положение должны быть признаны нормальными? Что такое самое название чернозем? На какие естественные типы он может быть подразделен? Следует ли при научном определении и классификации чернозема, равно как и других почв, брать во внимание все, хотя бы и случайные, так сказать, анормальные, вторичные по месту залегания почвы, уже с сильно измененными свойствами? Какие общие законы руководили распределением чернозема и других почв по Европейской России? Какие принципы должны лечь в основу при составлении черноземных карт? Какой, в конце концов, способ происхождения данной почвы, и почему нет ее на огромных пространствах северной, центральной и юго-восточной России? Где виновники действительно замечательного плодородия чернозема?»

Этот обширный круг вопросов свидетельствует о том, что перед Докучаевым стояла задача создать не только «черноземоведение», но и основы науки о почве вообще — почвоведение. А объект для разрешения общих вопросов почвоведения — «чернозем — этот царь почв» — был исключительно благодарный.

Докучаев к этому времени накопил уже большой запас наблюдений и разрозненных фактов, характеризующих условия распространения и образования почв. Хотя этого было еще недостаточно для обобщения, способного объединить и объяснить все эти наблюдения, но все размышления Докучаева приводили его неуклонно к выводу о самостоятельном, подчиненном особым законам существовании и развитии почв. Докучаев высказал гениальную догадку о том, что почва — этот слой «благородной ржавчины» земли, дотоле не отличавшийся учеными от горных пород, — представляет собой самобытное тело природы, подобное минералам и растениям. Эта идея легла в основу обобщения всех собранных Докучаевым материалов, а в дальнейшем явилась фундаментом новой науки. Подобные гениальные догадки играли и играют огромную роль в поступательном движении мировой науки. Рождаются они не внезапно и не случайно, как иногда кажется. Так же было и с возникновением учения о почве. Докучаев постоянно, неотступно думал над загадкой происхождения почв, концентрировал все свое внимание на проблеме отличия почв от всех других геологических образований. Этим и отличался он от других ученых, занимавшихся в то время изучением почв. Многие ученые умеют талантливо собирать факты, но обобщать их и открывать ведущие закономерности той или иной науки выпадает на долю гения.

Убедившись в правильности своего взгляда на почву, Докучаев всю дальнейшую работу посвятил обоснованию и разработке основных положений своей теории. Особенно плодотворными с этой точки зрения оказались исследования чернозема.

За два года — 1877 и 1878 — Докучаев справился с возложенным на него делом и уже в октябре 1878 года сдал Вольному экономическому обществу полные почвенные коллекции и предварительные отчеты.

Карта окрестностей села Милюкова, составленная В. В. Докучаевым.

Задача, как отметил сам Докучаев, «была исполнена с формальной стороны вполне уже к концу 1878 года». Но Докучаев не мог ограничиться «формальной стороной», стоя на пороге великих открытий. Нужно было разобраться в огромном количестве материала всякого рода — от полевых описаний до почвенных образцов. Нужно было проштудировать литературу и написать большую фундаментальную работу о черноземе, которая бы решила вековой вопрос об этой, всем известной, но в сущности загадочной почве.

1879 и 1880 годы ушли на обработку собранного материала. Времени нехватало: кроме исследовательской работы, приходилось читать лекции по минералогии и кристаллографии — наукам, не интересовавшим его в тот период. По поводу демонстрации деревянных моделей кристаллов Докучаев говорил со свойственным ему грубоватым юмором: «Надоело, знаете, вертеть в руках какую-нибудь чурбашку и кричать по этому случаю караул».

Работа по обработке материалов предстояла огромная. Нужно было в свете собранных полевых материалов проанализировать все многочисленные гипотезы происхождения чернозема и подвергнуть их всесторонней критике. Творцами большинства этих гипотез были признанные авторитеты науки: Паллас, Мурчисон, Романовский, Борисяк.

Морскую гипотезу Докучаев отверг легко и самым решительным образом, опираясь на принципы актуализма, применяя в новой области взгляды Ляйеля и Кропоткина. Зачем образование чернозема — живой почвы — приписывать каким-то, ныне не существующим силам? Не правильнее ли искать объяснение причин географического размещения чернозема и его замечательного плодородия в силах, действующих и поныне?

Живо интересовавшийся достижениями четвертичной геологии, Докучаев хорошо знал, что во многих местах черноземной России в четвертичный период не было моря.

Опровержение болотной гипотезы потребовало большой дополнительной работы. Сторонники этой гипотезы утверждали, что раньше болот и озер в степи было несравненно больше, чем теперь. Используя все литературные источники, вплоть до сведений, приводимых древнегреческим историком Геродотом, обобщая свои полевые наблюдения, Докучаев установил, что сплошных болот и озер в степи не было, а следовательно, болота и озера не могли «породить» чернозема. Обе эти гипотезы — морская и болотная — были метафизичны, они рассматривали чернозем как нечто однажды возникшее и в дальнейшем не менявшееся.

Большой интерес для Докучаева представляла теория Рупрехта. Докучаев видел в ней много правильных положений, но изучение черноземной степи и анализ многочисленных образцов почв из разных районов дали ему неопровержимые доказательства изменения чернозема в пространстве, в первую очередь, в связи с изменениями климата. Таким образом, гипотеза Рупрехта, несмотря на ряд ее достоинств, оказалась научно не состоятельной, так как Рупрехт отрицал изменение чернозема в зависимости от изменения климата.

Докучаев установил единицу измерения качественных и количественных изменений чернозема в пространстве и критерий для его оценки. Это была необходимая основа для классификации чернозема. Различия черноземов были хорошо видны из их морфологических описаний (описаний внешних признаков), но Докучаев справедливо считал, что эти описания сами по себе не могут считаться убедительными, так как содержат, как и все описания, подчас слишком много субъективного. Надо было найти какой-то более объективный критерий классификации. И Докучаев его нашел. В качестве такого критерия он взял количество содержания в почве органического вещества — гумуса. Было сделано очень много анализов гумуса. Внимание Докучаева к этим анализам совершенно понятно: чернозем прежде всего ценен высоким содержанием гумуса, который в известной мере обусловливает исключительное плодородие черноземных почв.