مقدمه
مفهوم‌ها و تعریف‌های خاک
ما باید راههاى گوناگون تفکر درباره خاکها را در نظر بگیریم. براى مثال، خاک به عنوان محیطى براى رشد گیاهان زمینى تعریف شده است. یک چنین تعریفى براى هدف‌هاى ما رضایت‌بخش است، زیرا به چیز دیگرى غیر از خاک وابسته است. دریاچه‌ها، اقیانوسها، خزه اسفاگنوم، یخچال‌ها و حتى پوست انسان نیز محیط‌هاى براى رشد کپک‌ها، جلبک‌ها، گلسنک‌ها، خزه‌ها و برخى گیاهان عالى به شمار مى‌روند. نیکى فراف (1999) خاک را به عنوان پوست تحریک شده پوست زمین تعریف مى‌کند. خاک موجودیى ناپایدار است. گردابى است از ماده آلى و معدنى با حرکت کند.
زمین شناسان ممکن است خاک را به صورت واحد پوستی از پیکره زمین شناختى مواد بپندارند که از آن راه همه ماده‌ها مى‌باید در چرخه فرسایش از سنگ به ته‌نشست‌ها گذر کنند. شیمیدان‌ها ممکن است خاک را به صورت شیشه یا لوله آزمایشى بنگرند که ماده‌هاى کانى به وسیله نیروها و عامل‌هاى طبیعی در آن قرار داده شده و براى تامین عنصرهاى غذاى مورد نیاز گیاه، کود به آن افزوده شده است. از دید بوم‌شناسان خاک بخشى از محیط است که زیر تاثیز جانداران قراردارد و به نوبه خود بر جانداران اثر مى‌گذارد. براى دیرین شناسان یا انسان شناسان، خاک یکى از چندین مدرک گذشته است. هنرمندان و فیلسوفان در خاک آمیخته زیباى از نیروهاى زندگی و مرگ را می‌بینند. با اینکه خاک به عنوان جزء اصلی «مادر زمین» می‌نگرد، ما برای هدف‌های خود خاک را به صورت پیکره طبیعی درنظر می‌گیریم که در واکنش با آب و هوا و جانداران تغییر می‌کند. ما به این دگرگونی‌ها پیدایش خاک می‌گوییم.
هیستوسول در رده‌بندی خاک به خاک‌هایی که از مواد آلی تشکیل شده‌اند و از 12 تا 18 درصد وزنی کربن عالی دارد، گفته می شود. (histos به معنی بافت و solum به معنی خاک) مواد آلی یاد شده از بافت های گیاهی و جانوری و مواد به دست آمده از تجزیه آنها به وجود آمده است. عامل اصلی پایداری این گونه مواد به مدت طولانی تا عمق بیش از 40 سانتیمتر، وجود وضعیت بی‌هوازی در حالت اشباع یا آب پیش از عملیات زهکشی است. در هر کجا که آب به اندازه کافی فراهم بوده و اساساً چه در مناطق معتدل و چه در درون مناطق قاره‌ای و یا ساحلی و یا حتی در صحاری و مناطق استوایی و قطبی، هیستوسول‌ها در طی دوران هلوسن (ده هزار سال گذشته) تشکیل شده‌اند.
هیستوسول‌هایی که در مناطق گود زمین تشکیل می‌شوند به اقلیم وابسته نمی‌باشند. در حالی که دیگر هیستوسول‌ها وابسته به اقلیم و بارندگی هستند و برای تامین آب و عناصر غذایی به جریان رودخانه‌ها وابسته‌اند نه تراوشهای زیرزمینی. هیستوسول‌هایی که در مناطق کوهستانی وجود دارند. بجز چند روز بعد از بارندگی سنگین هیچگاه از آب اشباع نیستند. آنها یا کم عمق‌اند یا کاملا سنگلاخی، و ریشه گیاه تنها در ماده آلی رشد می‌کند.
توزیع هیستوسول‌ها در سطح کره زمین 3/1 ملیون کیلومتر مربع یا 1 درصد سطح زمین است که 61 درصد آن در روسیه 11 درصد آن در فنلاند، 10 درصد آن در آمریکا (شامل آلاسکا و هاوایی)، 8 درصد در کانادا 3 درصد در سوئد و 5/2 درصد در ایرلند قرار دارد.
هیستوسول‌ها چه در وضعیت طبیعی به وجود آمده باشند و یا بر اثر مدیریت انسان تشکیل شده باشند، ساکن وایستا نمی‌باشند. دگرگونی‌های شیمیایی، فیزیکی و بیولوژیکی که جمعاً توسط خاک شناسان هلندی به رسیدن معروف است ترکیب شیمیایی زیادی را تولید می‌کنند. مطالعه خاکهای آلی مستلزم بررسی پروفیل‌های خاک و الگوهای خاک نما و اکوسیستم‌هاست.
کاربرد هیستوسول با تعریف کمی آن از نظر واژه‌های زیادی که برای زمینهای تر به کار می رود، دارای اهمیت بوده است. بسیاری از افراد تمایزی میان خاکهای معدنی تیره رنگ مانند هوم اکوپت، آمبراکوالت، هوم اکواد و خاکهای تیره درنظر نمی‌گیرند. کتاب واژگان جدید مربوط به خاکها و زمینهای آلی 184 واژه را در این زمینه فهرست کرده است. چند نمونه از آن عبارتند از مایر، مور، باگ، پیت لند، ماسکگ، فن، مار و وسوامپ. واژه‌های یاد شده نشانه‌هایی برای اکوسیستم‌ها یا زمین نماهای خاص هستند که با ویژگی‌هایی از جمله جمعیت زیستی خاص و رژیم‌های هیدرولوژیکی و سرد، واکنش (pH)، وضعیت غذایی و الگوهای پستی و بلندی کوچک و برکه‌ها مشخص می‌شوند.
بیشتر هیستوسول‌ها وزن مخصوص ظاهری کمتر از 1 گرم بر سانتیمتر مربع دارند. فرن‌ها و فاینی وزن مخصوص‌های 06/0 بر سانتیمتر مکعب بر اساس وزن خشک را نیز گزارش کرده‌اند. وزن مخصوص با انجام عمل تجزیه افزایش می‌یابد. مقدار مواد کانی و نوع پوشش گیاهی که در تشکیل هیستوسول‌ها مشارکت دارد، سبب تغییرات عمده‌ای در وزن مخصوص آنها میشود. هیستوسول‌ها معمولاً از آب اشباع بوده و ظرفیت نگهداری آب آنها (هم به صورت وزنی و هم حجمی) بسیار بالاست. بیشتر آب در روزنه‌های درشت (آب ثقلی) و یا در روزنه‌های ریز که برای رشد گیاه قابل استفاده نیست، قرار دارد. لذا میزان آب قابل استفاده گیاهان (به صورت حجمی) در خاکهای آلی کاملاً تجزیه شده زیاد نمی‌باشد. از آنجایی که هیستوسول‌ها در شرایط خشک به مقدار قابل ملاحظه‌ای چرکیده می‌شوند، خصوصیات رطوبتی آنها بر اساس حجم مرطوب یا اندازه‌گیری در جا بیان میشود.
ظرفیت تبادل کاتیونی هیستوسول‌ها از گروه‌های کربوکسیل، فنولی و گروه‌های فعال دیگر بدست می‌آید. با پیشروی عمل تجزیه، تعداد گروه‌های فعال افزایش می‌یابد و برای تعدادی از مواد آلی ظرفیت تبادل کاتیونی برابر 200 میلی اکی‌والان بر 100 گرم یا بالاتر گزارش شده است. اینها بارهای الکتریکی وابسته به pH می‌باشند و دیده شده که ظرفیت تبادل کاتیونی خاکهای آلی از 10 تا 20 میلی اکی‌والان بر صد گرم در pH خاک حدود 7/3 (در عصاره 1:1) تا بیشتر از 100 میلی‌اکی والان بر 100 گرم در pH 7 تغییر می‌کند.
فرآیندهای تشکیل خاک های هیستوسول
نخستین فرآیندی که هیستوسول‌ها بوسیله آن شکل می‌گیرند. انباشتگی زیاد مواد آلی که Paludization نام دارد. افزایش حجم مواد آلی از پایین به بالا و با افزایش ماده‌های آلی در سطح صورت می‌گیرد. بررسی‌هایی که در ایالت ورمونت توسط اشیاک و ورلی انجام شده، نشان می‌دهد که بیوماس خزه اسفاگنون برای میانگین تولید بخش هوایی 370±330 گرم وزن خشک در مترمربع 16 درصد افزایش داشته است. این نصف مقداری است که در جنگل‌های شمالی سرد تشکیل میشود، 3/1 مقداری است که در جنگل‌های معتدل شمالی بوجود می‌آید، 4/1 مقداری است که در جنگل‌های حاره‌ای وجود دارد، اما 3/1 برابر خلنگزارهای نواحی بلند، 2/2 برابر مراتع سرد مرتفع، 4 برابر نواحی بیابانی، 5/1 برابر رودخانه‌ها و سه برابر اقیانوس‌هاست.
مطالعات انجام شده در اسکاتلند نشان داده است که پیکرده هیستوسول‌ها در دوره زمانی 5 تا 10 سال در حال ترمیم و رشد مجدد است، اما چنین حالت ترمیمی در ایالت مینه سوتا که گیاه دم گربه (با عملکرد 33 تن در هکتار در سال) به عنوان یک گیاه بیوانرژی بعد از خارج کردن ماده آلی مورد آزمایش قرار گرفت، دیده نشده است.
توسعه هیستوسول‌ها از پایین به سمت بالا انجام میشود و این موضوع بوسیله 14C به اثبات رسیده است. در برخی از هیستوسول‌های باتلاق‌های ایالات فلوریدا، ماده آلی واقع در چند سانتیمتری بالای سنگ آهک حدود 4300 سال و موادی که در 26/1 متری بالای سنگ آهک قرار داشتند، حدود 1250 سال سن داشتند. از آنجا که پیدایش هیستوسول‌ها به ته نشست ماده آلی وابسته است، فرآیند زمین‌سازی بیشتر از فرآیند خاکسازی مطرح میباشد. با آگاهی از این موضوع می‌توان ته نشست اولیه مواد آلی را به عنوان ماده مادری درنظر گرفت که هیستوسول‌ها از دگرگونی شکلهای آلی شناخت‌پذیر (برگ، ساقه و مانند آن) تا مواد تجزیه شده و از لایه‌ها تا توده‌های بدون ساختمان تا افق‌هایی با ساختمان‌های دانه‌ای، منشوری و مکعبی بوجود می‌آیند. ذره‌های مغناطیسی که در هیستوسول‌های بریتانیا و ایرلند یافت شده و باران‌های رادیواکتیو اتمسفری نسبت داده می‌شوند. این ذرات در لایه‌های آلی تشکیل شده از آغاز انقلاب صنعتی به میزان 2 تا 3 برابر افزایش یافته است.
تجزیه مواد آلی توسط چندین عامل وابسته به هم کنترل میشود که مهمترین آن عبارتند از: میزان رطوبت، دما، ته نشست، اسیدیته، فعالیت میکروبی و زمان. دگرگونی‌ها و واکنش‌هایی که در طی تجزیه رخ می‌دهد، بسیار زیاد و پیچیده است و تنها بخشی از آن شناخته شده است.
در هلند پژوهشگرانی ملاحظه کرده‌اند که به محض ورود هوا به درون مواد آلی، فعالیت های میکروبی افزایش یافته و تشکیل هیستوسول‌ها آغاز می‌گردد. آنها به فرآیندهای پیچیده رسیدن فیزیکی شیمیایی و بیولوژیکی اشاره کرده‌اند. رسیدن فیزیکی سبب کاهش حجم میشود. مقدار رسیدن فیزیکی به سرشت بقایای گیاهی مقدار مواد کانی و ارتفاع سطح ایستایی وابسته است. رسیدن شیمیایی بیانگر تجزیه شمیایی مواد آلی است. این فرآیندها دربر گیرنده تجزیه کامل بخشی از مواد آلی و تبدیل (جزئی) مواد به ترکیبات پیچیده حد واسط میباشد که نسبت به تجزیه پایدارتر بوده و به آنها هوموس گفته میشود.