Концентрация кислоторастворимого железа в ортштейнах при заболачивании увеличивается, а марганца уменьшается. В направлении прогрессирующего заболачивання увеличивается растворимость новообразованного железа и марганца, что указывает на неоднородный минералогический состав гидроокислов железа и марганца в ортштейнах из почв различной степени заболоченности. Очевидно, при увеличении степени гидроморфности почв уменьшается степень окристаллизованности гидроокислов в ортштейнах.
Химический состав ортштейнов обусловливает их морфологические свойства. В частности, наблюдается тесная взаимосвязь между цветом ортштейнов и содержанием в них гумуса, железа и марганца. При содержании гумуса 1,43—1,72% цвет определяют окислы железа и марганца.
Если при этом соотношение валовых форм железа и марганца не более 0,8—2,3, то ортштейны имеют в изломе сине-черный с металлическим блеском цвет, обусловленный окислами марганца, а если содержание железа превышает содержание марганца в 3—20 раз и более, то ортштейны имеют бурый цвет. В сильнозаболоченных почвах наряду с бурыми встречаются черные гумусовые ортштейны, цвет которых обусловлен высоким содержанием гумуса.
Под влиянием заболачивания в иллювиальных горизонтах дерново-подзолистых почв появляются выделения окислов железа вокруг пор.
Иногда эти выделения вырастают до заметных визуально трубчатых конкреций. В глубокооглеенной и глееватой почвах они очень мелкие.
Единичные, наиболее крупные экземпляры достигают 2—3 мм в длину и 1 мм в диаметре.
В дерново-глеевой почве трубчатые конкреции значительно крупнее и встречаются чаще.
Изучение химического состава этих конкреций показывает, что они содержат значительно меньше гумуса, железа, магния, фосфора и гораздо больше кальция, чем бурые ортштейны. Как и последние, трубчатые конкреции дерново-глеевой почвы вы характеризуются широким соотношением Fе:Mn.
Таким образом, увеличение периодов избыточного увлажнения вызывает глубокие изменения не только морфологии, но и химического состава конкреций. В почвах подзолистого типа наблюдается следующая закономерная изменчивость конкреций, свойственных различным стадиям заболачивания. В неоглеенных и глубокооглеенных почвах это мелкие, шарообразные темно-серые ортштейны. Они характеризуются высоким содержанием марганца, превышающим нередко содержание железа.
Для глееватых почв специфичны крупные угловатые бурые ортштейны, в которых содержание железа значительно превышает содержание марганца.
В стадии интенсивного заболачивания (дерново-глеевые почвы) возникают две группы новообразований — крупные гумусовые конкреции, присущие только этим и более гидроморфным (торфянисто-глеевым) почвам, и мелкие округлые железистые конкреции с минимальным содержанием марганца. Гумусовые конкреции напоминают ребристые почвенные агрегаты, но в отличие от последних, имеют значительную твердость и малый объемный вес. Для них характерно высокое содержание гумуса, алюминия, железа и полное отсутствие накопления марганца.
Абсолютное содержание гумуса, железа, марганца, фосфора, магния и других веществ в ортштейнах может определяться не только степенью заболоченности почвы, но и запасами в почве. Например, содержание гумуса в ортштейнах дерново-подзолистых почв под лесом (разрезы 21, 22) значительно больше, чем в ортштейнах близких к ним пахотных почв (разрезы 3, 5). Поэтому значительно большее диагностическое значение приобретает относительно стабильный показатель Fе:Мn, характеризующий отношение валовых или кислотнорастворимых концентраций железа и марганца.