Di-(2-ethylhexyl) adipate, diethylene glycol dibenzoate and dipropylene glycol dibenzoate are commonly used plasticizers, but also known contaminants when they are released into the environment. Studies involving growing the common soil bacterium Rhodococcus rhodochrous and the yeast Rhodotorula rubra in the presence of the plasticizers and an additional carbon source have shown that these compounds are partially degraded, the breakdown products are toxic metabolites and some of them resist further degradation.In order to observe if the degradation pathway and the fate of the metabolites produced are similar in other microorganisms, and if the additional carbon source is needed for the degradation to occur, the plasticizers listed above were added to several different strains of common soil bacteria after they had been grown to the stationary phase and all of the hexadecane provided as a carbon source had been used.It was found that all of the selected bacteria were able to degrade the studied plasticizers, even though there was no additional carbon source available. Degradation was found to be much more extensive in the case of di-(2-ethylhexyl) adipate compared to the dibenzoates. The biodegradation pathway for these compounds was found to be the same as proposed in the previous work using an additional carbon source and the same metabolites were detected. In particular, the most toxic and recalcitrant metabolites (2-ethylhexanol, 2-ethylhexanoic acid, diethylene glycol benzoate and dipropylene glycol benzoate) were observed, and generally, accumulation occurred, although partial degradation was detected in some cases.This work proved that an additional carbon source is not needed for the biodegradation of the chosen plasticizers to happen, and that the biodegradabilities and pathways observed for Rhodococcus rhodochrous and Rhodotorula rubra is extensive to a wider range of common soil bacteria. / L'adipate de di-(2-éthylhexyle), le dibenzoate de diéthylène-glycol et le dibenzoate de dipropylène-glycol sont des plastifiants d'usage commun identifiés comme contaminants environnementaux. Des études de biodégradation de ces plastifiants, effectuées avec la bactérie Rhodococcus rhodochrous et la levure Rhodotorula rubra en présence d'une source additionnelle de carbone, ont montré que ces molécules sont partiellement biodégradés. Cette biodégradation mène à la formation de métabolites toxiques, dont certains sont persistants. L'objectif de cette thèse de maitrise était de déterminer si le mécanisme de biodégradation et la nature des métabolites formés sont transférables à d'autres microorganismes et d'évaluer le rôle de la source additionnelle de carbone dans cette biodégradation. Pour ce faire, les plastifiants mentionnés ci-dessus ont été ajoutés à des cultures pures de différentes bactéries communément présente dans le sol, et ce, lorsque ces cultures ont atteint la phase stationnaire et que la source additionnelle de carbone, l'héxadécane, ait été totalement consommée. L'ensemble des bactéries étudiées a démontré un potentiel de biodégradation des plastifiants testés, et ce, même en absence d'une source additionnelle de carbone. Un niveau plus élevé de biodégradation a été observé dans le cas de l'adipate de (2-éthylhexyle) que dans ceux des dibenzoates. Les mécanismes de biodégradation observés ici en absence d'une source additionnelle de carbone sont comparables à ceux rapportés dans la littérature en présence d'héxadécane. Les métabolites formés étaient également les mêmes et bien que seulement une biodégradation partielle ait été observée, la formation des métabolites les plus récalcitrants et toxiques (2-éthylhexanol, acide 2-éthylhexanoïque, benzoate de diethylène glycol et benzoate de dipropylène glycol) a mené à une certaine accumulation.Cette thèse de maitrise démontre qu'une source additionnelle de carbone n'est pas nécessaire pour que la biodégradation de ces plastifiants ait lieu et que la biodégradabilité ainsi que les mécanismes de biodégradation publiés antérieurement ne sont pas spécifiques aux microorganismes Rhodococcus rhodochrous et Rhodotorula rubra et s'étendent plutôt à divers types commun de bactéries. Ces résultats suggèrent une biodégradation probable de ces plastifiants dans l'environnement.

Sharks play an important ecological role in the structure and resilience of coral reefs. Research indicates a worldwide decline of sharks at an unprecedented rate, yet sharks are often not protected. Belize, a small Central American nation bordered by the Mesoamerican Barrier Reef, is not an exception. This thesis presents the results of an exploratory qualitative study into the attitudes and perceptions of shark stakeholders in Belize and assesses their relative importance and influence on shark conservation policy and management outcomes. Results indicate that Belizeans do not significantly fish and consume sharks; Mexicans, Guatemalans and Hondurans eat shark and fish it especially during Lent within Belize waters. Findings also suggest that stakeholders have different uses for shark products; that they have divergent views on the status of shark populations; that they value sharks differently and consequently have conflicting attitudes towards their conservation; and that stakeholders have different interests and unequal power to influence policies. These conflicts pose a serious challenge to sustainable policy-formation and ultimately the conservation of shark species. This research represents a first step towards understanding the social factors affecting shark conservation in Belize and supports calls for the meaningful involvement of community stakeholders in marine and reef policy formulation. Future research efforts should explore mechanisms for building trust and communication between reef scientists and stakeholders and further define the essential characteristics of sustainable rural livelihoods in Belize. / Les requins prédateurs contribuent à la santé des récifs coralliens et à leur résilience. Selon la liste rouge de l'UICN, il y aurait au moins 17 espèces de requins habitant la Barrière de Corail Mésoaméricaine, dont certaines ont un statut précaire et sont classées parmi les espèces menacées de disparition. Malgré ce statut, la pêche aux requins est non règlementée au Belize. Seul le requin baleine était protégé au début de cette étude. Divers intervenants, tels que les pêcheurs et gestionnaires des ressources naturelles peuvent aussi bien influencer la décision de conservation d'une ressource ou être affecté par cette dernière. Aucune étude n'a exploré la perception de ces différents intervenants sur le statut des requins au Belize. Les intervenants peuvent percevoir une ressource commune d'une façon différente, ce qui par conséquent, influence la conservation de cette ressource. De plus, ces intervenants multiples n'ont pas toujours les mêmes intérêts et pouvoirs pour influencer les décisions politiques. Cette étude visait à déterminer les facteurs sociaux influençant la conservation des requins sur la Barrière de Corail Mésoaméricaine. Nous avons examiné cette question de recherche à l'aide d'une étude de cas exploratoire et d'une analyse des intervenants au Belize. Des données qualitatives ont été amassées avec l'aide d'informateurs clés dans différents paliers du gouvernement, chez les pêcheurs, dans des organisations non-gouvernementales axés sur l'environnement, dans des restaurants et dans des instituts touristiques, académiques et scientifiques. Nos résultats suggèrent que les Béliziens ne pêchent et n'utilisent guère les requins. De plus, les intervenants ont des avis différents sur 1) l'utilisation des requins; 2) le statut des populations des requins; 3) la valeur de la ressource. De plus, ils ont 4) des attitudes différentes face à la conservation des requins et 5) ont des pouvoirs inégaux pour influencer les décisions politiques. Cette étude est la première à explorer les facteurs sociaux affectant la conservation des requins au Bélize et supporte d'autres études sur l'importante d'incorporer tous les intervenants et leur perceptions dans la formulation des lois de conservation et gestion des ressources.

Spontaneous or self-heating of sulphides can occur under certain conditions of moisture, temperature and oxygen concentration. This can lead to emission of toxic gases such as SO2 and if uncontrolled, to ignition. Research has established that self-heating divides into three stages: A (below 100 oC), B (above 100 oC) and C (above 350 oC). The understanding is that conditions in stage A promote oxidation of sulphides to elemental sulphur which in stage B oxidizes to SO2. A standard test based on air injections is used to measure stage A and stage B self-heating. In this thesis, a mitigation method using hygroscopic reagents to control moisture has been tested on a pyrrhotite-rich material. Water retention capacity was determined to select reagents for application in the standard self-heating test. Tests showed that the water retention capacity correlated with mitigation of self-heating. Two reagents that showed the best mitigating effect were silica gel and poly (acrylic acid sodium salt).It is hypothesized that temperature and relative humidity have an effect on elemental sulphur production in stage A. To test, pyrrhotite (Fe1-xS) samples were exposed (weathered) at temperatures of 40 oC and 60 oC and relative humidities of 100%, 70% and 30% for 31 days. The weathering apparatus and sulphur analysis method are described. At the end of weathering (31 days), samples were subjected to stage B self-heating test. Self-heating rate and total number of air injections until heating ceased were determined. Both measurements showed that sulphur formed at 40 oC in stage A gave higher heating response than sulphur formed at 60 oC. This observation raises two possibilities that are discussed: there are different types of sulphur formed at the two temperatures; and there is a factor other than just sulphur content that controls stage B self-heating. / L'autochauffage spontané des sulfures peut se produire sous certaines conditions d'humidité et d'oxygène. Cela peut entraîner l'émission de gaz toxiques tel que le SO2. Si l'autochauffage n'est pas contrôlé, la combustion peut se produire spontanément. La recherche a établi que l'autochauffage se divise en trois étapes, soit : l'étape A (en dessous de 100 oC), l'étape B (plus de 100 oC) et l'étape C (plus de 350 oC). Nous comprenons que l'oxydation des sulfures en soufre élémentaire survient lors de l'étape A. Le soufre élémentaire s'oxyde pour produire le SO2 dans l'étape B. L'autochauffage lors des étapes A et B est mesuré en utilisant un test standard qui injecte l'air dans les échantillons.Dans ce mémoire, la méthode testée pour l'atténuation des sulfures autochauffantes consistait à contrôler l'humidité en utilisant des produits hygroscopiques sur des échantillons riches en pyrrhotite. Le facteur de sélection des produits hygroscopiques utilisés lors des tests d'autochauffage était leur capacité de rétention d'eau. Les tests ont montré qu'il y a une corrélation entre la rétention d'eau et l'atténuation d'autochauffage. Le gel de silice et le polymère superabsorbant ont montré le meilleur effet d'atténuation. L'hypothèse émise était que la température et l'humidité relative ont un effet sur la production de soufre élémentaire lors de l'étape A. Pour vérifier l'hypothèse, l'échantillon de pyrrhotite (Fe1-xS) était exposé (érodée) à des températures de 40 oC et 60 oC et à une humidité relative de 100%, 70%, 30% pendant 31 jours. L'appareil d'érosion et la procédure d'analyse de soufre ont été décrits dans ce document. Suite à l'étape A (31 jours), les échantillons étaient soumis lors de l'étape B à un test d'autochauffage. Le taux d'autochauffage et le nombre total d'injections d'air avant que le chauffage cesse ont été déterminés. Les deux mesures ont démontré que le soufre qui est formé à 40 oC lors de l'étape A a donné une réponse de chauffage plus élevée que le soufre qui est formé à 60 oC. Cette observation permet de conclure à deux possibilités qui seront discutées : premièrement, des types de soufre différents se forment aux deux températures et deuxièmement, il y a un autre facteur d'autochauffage que la formation de soufre qui contrôle l'étape B.

Quantification of ecosystem services (ES) – the benefits that people obtain from ecosystems – can be valuable for managing multifunctional landscapes and promoting practical conservation measures. However, despite extensive academic attention, actual implementation of ES assessment for management has been limited. Consistent measurement methods and accurate modeling tools are crucial to support successful ES-informed management strategies and ensure the confidence of managers and policy makers in the ES framework. In this thesis, I present two major impediments to ES operationalization, and propose measures to mitigate them. First, a case study reviewing the methods used to measure pollination ecosystem services highlights the extreme variability in approaches to quantifying a single ES. Across 121 studies, 62 unique combinations of indicators were used, suggesting that no accepted conventions or standards are directing indicator selection. This lack of consistency impairs our ability to compare results across studies, and may lead to ineffective ES-based management. In addition to issues associated with ES indicators, quantification using ES models can also be problematic. The models most often used to estimate ES use landuse/landcover (LULC) datasets as their primary inputs, and rely on information about the LULC composition, characterizing the type and amount of each LULC class, without regard for the spatial distribution of the LULC classes. Projections based primarily on composition, however, have been shown to poorly represent service provision. Estimates derived from composition neglect the critical role of landscape configuration (spatial arrangement of LULC types) in the flow and quality of benefits, assuming that two equally sized units of a given LULC type produce the same magnitude of each service, regardless of characteristics such as shape or connectivity with other similar patches. To investigate the relative importance of these spatial attributes in the relationship between LULC and ES provision, I calculated landscape metrics characterizing both landscape configuration and composition, along with provision of 10 ES for 136 municipalities in Southern Quebec. I used structural equation models to combine statistical relationships with hypothesized causal pathways and identify mechanisms and interactions responsible for observed relationships. The proportion of all model-explained variation that was attributable to configuration exceeded that of composition for seven of ten ES. The higher relative influence of configuration suggests that models incorporating LULC information beyond composition can provide more reliable projections to contribute to management and policy decisions. Since landscape configuration can be manipulated independent of changes in composition, ES models that incorporate configuration can be used both to more accurately quantify ES provision and to identify scenarios that minimize environmental impacts of LULC change, simply by altering the spatial pattern of planned changes in land use. The ES framework has potential to support more efficient and effective environmental management. However, in order to move forward within this rapidly growing field and make ES practical for use in management, it is critical to adopt strategies to properly measure and model ES, such as those proposed in this thesis. / La quantification des services écologiques (SE), définie comme les avantages que les gens tirent des écosystèmes, peut être utile pour la gestion des paysages multifonctionnels ainsi que pour promouvoir des mesures pratiques de conservation des écosystèmes. Toutefois, en dépit de l'attention des universitaires, une mise en œuvre efficace de l'évaluation des SE, dans le cadre de la gestion sur le terrain, a été limitée. Des méthodes de mesure cohérentes et des outils de modélisation précis sont essentiels pour favoriser l'implémentation des stratégies de gestions informées par les SE et pour s'assurer de la confiance des gestionnaires et des politiciens dans l'utilité du concept des SE. Dans cette thèse, je présente deux obstacles majeurs à l'opérationnalisation des SE et je propose des mesures pour atténuer ces obstacles. Tout d'abord, je présente une étude de cas sur les méthodes utilisées pour mesurer le service écosystémique de pollinisation dans la littérature. Cette étude souligne l'extrême variabilité dans les approches de quantification d'un seul SE. À travers les 121 études, 62 combinaisons uniques d'indicateurs ont été utilisées, ce qui suggère qu'il n'y a pas de conventions acceptées ou de normes pour diriger la sélection des indicateurs. Ce manque de cohérence nuit à notre capacité de comparer les résultats entre les études, et peut conduire à une gestion inefficace basée sur les SE. Deuxièmement, la quantification utilisant des modèles de SE peut également être problématique. Les modèles les plus souvent utilisés pour estimer les SE proviennent des bases de données sur l'utilisation actuelle des terres/le couvert terrestre (UT/CT) comme entrée de données primaires, et s'appuient sur des informations sur la composition UT/UC, caractérisant le type et la quantité de chaque classe UT/UC, sans égard à la répartition spatiale des classes de UT/UC. Cependant, il a déjà été démontré que les projections fondées principalement sur la composition représentent mal la provision de SE. Les estimations basées sur la composition du paysage néglige le rôle critique de la configuration du paysage (l'arrangement spatial des classes de UT/UC) dans le flux et la qualité des prestations de SE, car les estimations supposent que deux unités de même taille, d'un type d'UT/UC donné, produisent le même ordre de grandeur de chaque service. Afin d'évaluer l'importance relative de ces deux attributs spatiaux sur la relation entre la UT/UC et la provision de SE, j'ai calculé des métriques paysagères qui caractérisent à la fois la composition et la configuration du paysage, de même que la fourniture de 10 SE pour 136 municipalités du sud de la province du Québec. J'ai utilisé des modèles d'équations pour d'identifier les mécanismes et les interactions responsables des relations observées. La proportion de la variation expliquée par les modèles est plus attribuable à la configuration qu'à la composition dans sept des dix modèles de SE. L'influence relativement plus élevée de la configuration suggère que les modèles incorporant des informations au-delà de la composition de l'UT/UC peuvent fournir des prévisions plus fiables pour contribuer aux décisions de gestion. Parce que la configuration du paysage peut être manipulée indépendamment des changements dans la composition, les modèles de SE qui intègrent la configuration peuvent être utilisés à la fois pour quantifier avec précision la provision de SE et pour identifier des scénarios qui minimisent les impacts environnementaux du changement d'UT/UC simplement en modifiant la répartition spatiale des changements prévus à travers le paysage. Le concept des SE a le potentiel de contribuer à une gestion environnementale plus efficace. Afin d'aller de l'avant dans ce domaine en pleine expansion et faire des SE un concept pratique dans la gestion, il est essentiel d'adopter des stratégies qui mesurent et créent des modèles de SE adéquats, telles que celles proposées dans cette thèse.

Recent modeling indicates that up to 90 % of the top 3 m of Arctic permafrost will melt by 2090 as a result of climate change. This thawing is predicted to expand anaerobic environments and provide previously frozen carbon stores for microbial decomposition. This may favour methanogen production of methane (CH4), a greenhouse gas (GHG) 25 times more potent than carbon dioxide (CO2). This study examined the effects of increased temperatures and substrates on Archaeal and methanogenic abundance, activity and diversity in active layer and permafrost soils from Axel Heiberg Island in the Canadian high Arctic. This was completed through in situ measurements and two permafrost microcosms experiments. The first microcosm experiment was unamended at 4 and 15° C, and the second was amended with the 13C-labelled substrates: acetate, methanol and CO2, at 4 and 22° C. The activity of methanogens was determined by the anaerobic production of CO2 and CH4, and their diversity and abundance were determined by 454 pyrosequencing of the Archaeal 16S rRNA gene and qPCR of the methanogen mcrA gene. In addition, DNA stable isotope probing (SIP) determined the active community in the 70 cm 22°C CO2 microcosm sample. The production of CO2 in situ and in unamended microcosms correlated with organic matter and temperature but only increased with temperature in acetate-amended microcosms. The production of CH4 correlated with the combined effects of substrate and temperature, being highest with CO2 amendment. The Nitrososphaerales were the most abundant Archaeal order, averaging 88 % of total 454 pyrosequencing reads. The abundance and diversity of methanogens increased with depth, from 1 % of total Archaeal reads at 30 cm to 11 % at 70 cm, likely due to the increased anaerobicity. All of the methanogen orders were detected, but the most abundant were Methanomicrobiales and Methanococcales. The Methanomicrobiales also accounted for the highest increase in methanogens, from 9.5 % in the unamended core to 39.5 % in the 70 cm 4°C CO2 sample. However, this was not associated with an increase in CH4 production. The Methanopyrales were the only active order detected by DNA-SIP in the 70 cm 22°C CO2 sample, and correlated with the CH4 production in all 70 cm samples. Therefore, despite their low abundance, the Methanopyrales may play an important functional role in the production of CH4 in these high arctic polygon soils. As permafrost thaws, microbial decomposition of carbon stores is expected to increase the release CO2. Our results indicate that this increase in CO2 may promote the production of CH4 from Canadian high Arctic polygon soils. / Des prévisions récent indiquent qu'avant 2090, jusqu'à 90% des 3 premiers mètres du pergélisol va s'effondre à cause du réchauffement climatique. Ceci augmente les environnements anaérobiques et expose de grandes réserves de carbone à la dégradation microbienne. Ces conditions sont favorables pour la production de méthane (CH4) par les méthanogènes, un gaz ayant un potentiel de réchauffement global 25 fois plus élevé que le dioxyde de carbone (CO2). L'impact de l'augmentation de la température et les substrats sur l'activité et la diversité des bactéries méthanogènes a été étudié dans les sols provenant de l'île d'Axel Heiberg, dans le haut Arctique canadien. La diversité et la production anaérobique de CH4 à partir des substrats : acétate, CO2 et méthanol à été déterminé à 4 et 22° C, et comparé aux productions in situ. La diversité à été déterminer par la « pyrosequencing » du gène de l'ARN ribosomal 16S des Archaeabactéries, et l'abondance par le PCR quantitatif du gène mcrA des méthanogènes. En plus, l'identification des méthanogènes impliquées dans la dégradation du CO2 a été déterminé par la technique appelée « stable isotope probing » (SIP) de l'ADN. La production de CO2 in situ et dans les microcosmes incubés sans substrats était positivement corrélé avec la quantité de matière organique et la température, mais a seulement augmenter avec l'aétate. La production de CH4 était positivement corrélé avec le niveau anaérobique, la température et les substrats, et a été le plus haut avec le CO2. Les Nitrosophaerales étaient l'ordre le plus abundant, constituant 88 % des séquences Archaeabactériens. L'abondance et la diversité des méthanogènes a augmenté avec la profondeur, constituant 1 % des séquences à 30 cm, et 11 % des séquences à 70 cm à cause de l'anaerobicité dans ce dernier. Tous les ordres de méthanogènes ont été détectés, mais les plus communs étaient les Methanomicrobiales et Methanococcales. Les Methanomicrobiales ont aussi augmentés le plus, justqu'à 39.5 % dans le microcosm de 70 cm incubé à 4°C avec le CO2. Cependant, cette augmentation n'a pas été associée avec un augmentation de la production de CH4. Les Methanopyrales ont été le seul ordre impliqué dans l'utilisation du CO2 par le SIP dans le microcosm de 70 cm incubé à 22°C avec le CO2, et donc pourrait avoir un rôle fonctionnel important dans la production de CH4. Comme les prévisions indiquent le CO2 va augmenter considérablement avec le fonds du pergélisol et relâcher du carbone stocké, nos résultats indiquent que ceci pourrait augmenter la production de CH4 provenant des sols de type polygone dans le haut Arctique canadien.

The interaction between coastal aquifers and estuaries governs many important ecological and water quality processes. The purpose of this research is to use distributed temperature sensing (DTS) in the Indian River Bay estuary, Delaware, to detect differences in variance and mean of temperature at the sediment-water interface. DTS uses the scatter of laser light in a fibre optic cable as a means to repeatedly measure temperature to 0.1˚C at 1m intervals along the length of the cable. Low variances in temperature are interpreted as being the result of the moderating thermal influence of groundwater discharge. From September 16 to 19 2011, two kilometres of DTS cable were deployed in the near shore environment of Holts Landing State Park. Variance increases with distance from shore as the power function s2=-33.63(d ( 1.012)) + 2.685 (r2=0.78). Narrow zones with significantly lower temperature variances (Kruskal-Wallis with Tukey's HSD, p<0.05) and means (Friedman with Tukey's HSD, p<0.05) than adjoining zones exist within the near shore area. Zones of high variance at the western and eastern edges of the study site are associated with ancient shallow peat-filled valleys capped with fine sediments. A broad zone of low variance next to the western valley is interpreted to imply that over-pressured fresh groundwater is discharging at the paleo-valley margins, creating a pattern of submarine groundwater discharge which differs from existing models. An attempt to use diurnal temperature signal amplitudes at various sediment depths to calculate vertical porewater flux were unsuccessful, likely due to rapidly-rising temperatures, interference between tidal and diurnal signals, and a short measurement period. DTS appears to hold promise in detecting temperature patterns simultaneously across different scales, and can be used to rapidly fill in gaps of knowledge in hydrogeologic systems. / Les interactions entre les aquifères côtiers et les estuaires régissent beaucoup de processus écologiques importants qui ont des implications sur la qualité de l'eau souterraine et marine. La compréhension de la nature et de l'ampleur de ces interactions est devenu un foyer de recherches, facilité par des avances récentes dans notre capacité de détecter la décharge submersible d'eaux souterraines. Cette étude emploie la détection distribuée de température (DDT) dans l'estuaire de la baie Indian River, sur la côte du Delaware, afin de détecter des différences dans la variance et la moyenne de la température des eaux à l'interface entre la baie et le sédiment dans la zone près du rivage du parc Holts Landing. Des variances basses sont interprétées comme étant le résultat de l'influence de modération des eaux souterraines, compatible avec les autres études, et le fait que les zones peu profondes près du rivage, qui devraient éprouver plus de variation de la température que des zones plus profondes, sont au contraire plus stables. La variance augmente avec la distance du rivage à mesure que la fonction s2=-33.63 (d(- 1.012)) +2.685 (r2=0.78). Près du rivage, il y a des endroits étroits avec des variances (Kruskal-Wallis avec Tukey's HSD, p<0.05) et moyens (Friedman avec Tukey's HSD, p<0.05) sensiblement plus basse que leurs zones proximales. Des zones de la variance élevée aux bords a l'ouest et l'est de l'emplacement d'étude sont associées aux anciennes vallées peu profondes remplies de la tourbe et maintenant couvertes avec les sédiments fins. Une large bande de bas désaccord à côté de la vallée occidentale implique que les eaux souterraines fraîches sosu pression élevée coulent aux marges de la vallée, créant un modèle du SGD qui n'équipe pas des modèles précédents. Une tentative d'employer des amplitudes de signal de la température à de diverses profondeurs de sédiment pour calculer le flux vertical d'eau interstitielle a échoué, probablement en raison des temperatures croissantes, interférence entre les signaux de la marée et diurne, et une période d'échantillon courte. DDT semble tenir la promesse en détectant des tendences de la température à travers différentes gammes simultanément, et peut être employé pour trouver les pieces manquantes de la connaissance des systèmes hydrogéologiques.

The rapid expansion of oil palm cultivation in Southeast Asia raises environmental concerns. Oil palm growers in Indonesia are faced with the challenge of sustaining high yields to keep pace with the growing global demand for oil and fats, while reducing the environmental impacts of oil palm cultivation. Environmental impacts associated with the deforestation at the initial phase of an oil palm plantation establishment are well documented, however the impacts of mature oil palm plantation on water quality remain poorly investigated. Oil palm is a perennial crop cultivated predominantly on weathered tropical soils, so high fertilizer input is necessary to sustain high yields, which is expected to endanger neighboring aquatic ecosystems. In Indonesia, 39 % of oil palm planted area is owned by smallholder farmers, who rely on mineral fertilizers to support oil palm production, and 52 % are large private plantations operated by private industries. In addition to mineral fertilizers, industrial plantations also apply mill byproducts as organic fertilizers. Soil characteristics and fertilizer management in oil palm plantations were expected to alter the soil fertility status and nutrient loads to waterways. Oil palm plantations generally extend over thousands of contiguous hectares, so the effect of fertilizer management on the soil response and nutrient loads to waterways requires landscape-scale studies accounting for soil variability and long-term fertilization sequences across the plantation. The first objective of the thesis was to (i) perform a literature review that provides an overview of the agricultural practices in oil palm plantations as well as hydrological processes involved in the nutrient transfers to waterways. Then I aimed to (ii) assess the effect of long term mineral and organic fertilizer sequences on the soil response, considering different soil types, (iii) characterize the dominant hydrological processes involved in the nutrient fluxes to waterways, and (iv) assess the effect of fertilizer management and soil characteristics on groundwater quality and nutrient fluxes to streams. The study area was located in Central Sumatra, Indonesia, which has a tropical humid climate and weathered soils (Ferralsols). The study area was a landscape including a 4000 ha industrial plantation and a 1500 ha smallholder plantation using rational fertilizer programs. Low-fertility Ferralsols responded significantly to continuous applications of organic fertilizers, with greater improvement on coarser-textured soils, compared to repeated applications of mineral fertilizers. I proposed that spatial fertilizer management at the landscape-scale should complement the current plot-scale fertilizer management to get higher nutrient use efficiency and improve soil fertility in an oil palm plantation. One year multi-site monitoring of stream water quality showed nutrient concentrations below Indonesian standards for water quality. In this case study, mature oil palm cultivation did not contribute to the eutrophication of aquatic ecosystems. This was ascribed to nutrient dilution in streams from the high rainfall as well as high nutrient demand by oil palm that was met with a rational fertilizer program. Assessment of nutrient fluxes from baseflow showed that loamy-sand uplands were more sensitive to nutrient losses than loamy lowlands, and organic fertilization helped to reduce nutrient losses to streams. The study also showed high dissolved organic matter content in streams, likely from natural sources. Oil palm agroecosystems in the study area are characterized by fast groundwater renewal indicating the potential for inputs to be quickly transported from soils to the streams. This may be of concern when unbalanced fertilizer management leads to over-application of nutrients or persistent agrochemicals like pesticides bind to dissolved organic matter, since they will be susceptible to contribute to nonpoint source pollution in streams. / La rapide expansion de la culture du palmier à huile en Asie du Sud-Est soulève maintes interrogations sur ses impacts environnementaux. Les planteurs doivent désormais assurer de hauts rendements tout en minimisant leurs impacts. Les impacts environnementaux associés à la déforestation lors de la phase initiale d'établissement d'une plantation sont déjà bien documentés. En revanche, les impacts d'une plantation mature sur la qualité de l'eau a été très peu étudiée. Le palmier à huile est généralement cultivée sur des sols tropicaux peu fertiles d'où la nécessité de forts apports de fertilisants, apports susceptibles de menacer les écosystèmes aquatiques. En Indonésie, les petits planteurs n'utilisent que des fertilisants minéraux tandis que les industriels appliquent, en plus des fertilisants minéraux, des fertilisants organiques issus de leurs usines. Les caractéristiques du sol et la gestion de la fertilisation des palmeraies sont susceptibles d'influer sur la fertilité du sol et sur les transferts de nutriments vers les rivières. Etant donné que les plantations s'étendent généralement sur plusieurs milliers d'hectares, l'effet de la gestion de la fertilisation sur la réponse du sol et les transferts de nutriments vers les rivières nécessite des études à l'échelle du paysage. Celles-ci doivent tenir compte tant de la variabilité du sol au sein de la plantation que de la variabilité des séquences de fertilisation pluriannuelles. Le premier objectif de cette étude est (i) de réaliser une revue de littérature sur les pratiques agricoles utilisées dans les palmeraies ainsi que sur les processus hydrologiques impliqués dans les transferts de nutriments vers les rivières, (ii) d'évaluer l'effet de séquences pluriannuelles de fertilisation minérale et organique sur la réponse du sol, tenant compte de la variabilité des sols, (iii) de caractériser et quantifier les processus hydrologiques dominants impliqués dans le transfert de nutriments, (iv) et enfin d'évaluer l'effet de la gestion de la fertilisation et des caractéristiques du sol sur la qualité des eaux souterraines et sur les flux de nutriments vers les rivières. La zone d'étude est située dans le centre de Sumatra, en Indonésie. Le climat y est tropical humide et les sols peu fertiles (Ferralsols). Il s'agit d'un paysage de 100 km² incluant une plantation villageoise de 1500 ha et une plantation industrielle de 4 000 ha, pratiquant une gestion raisonnée de la fertilisation. Cette étude a montré une amélioration significative des propriétés chimiques des sols suite à des applications continues de fertilisants organiques, avec une amélioration encore plus sensible sur les sols sablo-limoneux que sur les sols limoneux. Une gestion spatiale de la fertilisation à l'échelle de la plantation devrait compléter la gestion à la parcelle pour une meilleure stratégie d'application des fertilisants adaptée à la variabilité des sols au sein de la plantation. Le suivi multi-site sur un an de la qualité des eaux de surface dans le paysage a montré des niveaux de concentrations de nutriments en deçà des limites maximales recommandées par les standards indonésiens. Dans cette étude de cas, la culture d'une palmeraie mature ne semble pas avoir contribué à l'eutrophisation des cours d'eaux. Les raisons en seraient la dilution du système par la forte pluviosité locale, et la pratique d'une fertilisation raisonnée. L'évaluation des flux de nutriments a montré que les sols sablo-limoneux étaient plus sensibles que les sols limoneux aux pertes de nutriments et que la fertilisation organique pouvait réduire significativement ces pertes. Le renouvellement rapide des eaux souterraines induit une grande réactivité du système aux intrants qui peuvent être rapidement drainés vers les cours d'eau. Des apports massifs de nutriments (fertilisation non raisonnée) ou des pesticides liés à la matière organique dissoute pourraient donc entraîner un risque de pollution en aval de l'agrosystème.

Metal oxide nanoparticles (MONPs) are increasingly being incorporated in domestic and industrial products. They are expected to pass into waste water treatment facilities, and may inadvertently be applied in biosolids to agricultural soils. Very few nanotoxicity studies have been conducted in soils and the risk that MONPs pose to soil organisms are poorly understood. The aim of this study was to investigate the behaviour and effects of two MONPs with different solubilities on terrestrial organisms in soils. Exposure of earthworms to soils amended with up to 10,000 mg/kg nano-sized TiO2, a virtually insoluble nanomaterial, resulted in no adverse effects on earthworm population parameters such as survival or reproduction. Earthworms avoided nano-TiO2 amended soils, but only at nanoparticle concentrations higher than those expected for agricultural soils. The mechanisms resulting in the avoidance response, and nano-TiO2 transformations in soils, could not be further investigated because techniques to track nanoparticles in complex media are lacking. Subsequent studies focused on a sparingly soluble nanomaterial, nano-CuO, which releases Cu2+ ions as it dissolves. To identify nanoparticle-specific effects on organisms, the effects of the Cu2+ ions must be determined but little is known about the effect of nano-CuO on Cu2+ activity in soils. Tests revealed that Cu2+ activity in nano-CuO amended soils increased over a 56 d period, but were not comparable to those in soils amended with similar concentrations of micrometer-sized CuO or Cu(NO3)2, which are commonly used as treatments to control for the effects non-nanosized Cu in nanotoxicity tests. These results have implications for the design of experiments that test effects of dissolving particulates. A subsequent barley growth test demonstrated that there was no significant difference in plant growth or shoot Cu concentrations between soils amended with nano-CuO, micrometer-sized CuO or Cu(NO3)2 once growth was normalised to Cu2+ activity. These results demonstrate that release of metal ions can play an important role in toxicity of soluble metal-based nanoparticles and highlight the importance of direct measurement of potentially toxic products of nanoparticle dissolution. There was no evidence of nanoparticle-specific toxicity under the conditions studied either for earthworms exposed to nano-TiO2 or barley exposed to nano-CuO. The study highlighted some of the challenges of understanding the fate and effects of nanomaterials in soils, including the lack of techniques to track nanomaterials in complex media and the difficulty in designing toxicity tests that control for temporal changes to both nanoparticles and soils. / Les nanoparticules des oxydes de métaux (MONP) sont davantage incorporés dans les produits domestiques et industriels. Une importante proportion de ces nanoparticules est susceptible de se retrouver dans les usines de traitement d'eaux usées et d'être épandue sur les terres agricoles sous forme de biosolides. Dû au fait que peu de recherches sur la nanotoxicité ont été faites dans les sols, le risque que pose ces MONP aux organismes du sols est peu connu. Le but de cette étude est donc d'observer la réaction et les effets de deux MONP de solubilité différente dans des sols agricoles et artificiels. L'exposition des vers de terre dans des sols amendés avec jusqu'à 10,000 mg par kg de sol de nano-TiO2, un nanomatériel pratiquement insoluble, n'a causé aucun effet sur leur survie ou leur reproduction. Les vers de terre n'ont évité les sols modifiés de nano-TiO2, qu'à des concentrations de nanoparticules beaucoup plus élevées que celles attendues dans les sols agricoles. Les mécanismes impliqués dans la réponse d'évitement et les transformations de nanoTiO2 dans les sols n'ont pu être étudiés plus à fond par manque de techniques développées pour suivre les nanoparticules dans les médias complexes. Dans les recherches subséquentes, un nanomatériel de très faible solubilité, le nano-CuO, qui relâche des ions Cu2+ au fur et à mesure qu'il se dissout, a été choisi comme matériel d'intérêt. Afin d'identifier les effets spécifiques des nanoparticules sur des organismes, les effets du Cu2+ doivent être déterminés. Cependant, peu est connu sur l'activité du Cu2+ dans les sols traités avec des nano-CuO. Les recherches ont démontré que l'activité de Cu2+ a augmenté durant une période de 56 jours pour les sols amendés de nanoparticules de CuO mais cette augmentation ne s'est pas produite, à des concentrations égales, pour des sols enrichis de CuO de diamètre micrométrique ou même de sels de Cu(NO3)2 ; ces deux derniers traitements sont souvent utilisés comme tests contrôles lors d'études de nanotoxicité. Ces résultats ont des implications pour la conception des expériences pour évaluer les effets sur la dissolution des particules. Une étude ultérieure sur la croissance d'orge a démontré qu'il n'y avait aucune différence significative dans la croissance des plantes ou des concentrations de Cu dans les feuilles entre les sols modifiés avec du nano-CuO, CuO de taille micrométrique ou le Cu(NO3)2 une fois que les données furent normalisées en activité de Cu2+. Ces résultats ont démontré que la dissolution d'ions de métaux peut jouer un rôle important sur la toxicité des nanoparticules. Ils soulignent aussi l'importance de mesurer directement la concentration de produits de la dissolution de nanoparticules. Il n'y avait aucune évidence de toxicité spécifique aux nanoparticules sous les conditions étudiées pour les vers de terre soumis au nano-TiO2 ou pour l'orge soumis au nano-CuO. Cette étude a révélé certaines lacunes de compréhension dans le comportement du nanomatériel ajouté aux sols, des difficultés de tenir compte des changements temporels des nanoparticules et des sols ainsi que le manque de techniques disponibles pour suivre les nanoparticules dans les médias complexes.

Riparian areas are located at the interface between terrestrial and aquatic ecosystems. Hydrological events and vegetation patterns drive decomposition and nutrient cycling occurring in these areas, ultimately determining whether riparian areas are a carbon (C) and nitrogen (N) sink or source to the environment. Earthworms play a central role in decomposition and nutrient cycling by fragmenting plant material and interacting with soil microorganisms. During this process, earthworms are assumed to increase CO2 and N2O production and fluxes, while increasing soluble compounds such as dissolved organic C and mineral N that may either be substrates for microbial activity and plants (i.e., plant N uptake) or lost from soil when leached through earthworm burrows (macropores). The objective of this research was to describe the earthworm community inhabiting riparian areas along the Pike River in southern Québec, identify the environmental factors driving earthworm community assemblage, and determine how earthworms in this area affected C and N dynamics under different land use. A field study of earthworms, soil, and vegetation showed that earthworm communities were larger (p <.0001) and more diverse in riparian sites compared to upland sites that cultivated with crops. Canonical correspondence analysis showed that soil moisture, vegetation, microbial biomass carbon (MBC) and soil parameters including ammonium (NH4) and phosphorus (P) were the main factors driving the separation of earthworm assemblages and associated plots (p < .005). A 5-month long microcosm experiment tested the effect of two earthworm species from riparian areas, the anecic Lumbricus terrestris and endogeic Aporrectodea turgida, on C and N losses from riparian soils via their effect on litter decomposition. Litter consisted of soybean residue (Glycine max), deciduous forest mix (Acer saccharum, Fagus grandifolia, Betula alleghaniensis) and reed canarygrass (Phalaris arundinacea). Earthworms increased CO2 and N2O losses from microcosms with soybean litter, by 14% (p < .0001) and 700% (p < .0001), respectively, but reduced CO2 and N2O losses by 18% (p < .0001) and 250% (p < .0001), respectively, when fed with reed canarygrass. The amount of soluble C and N in leachate and soil extracts depended on the interaction between earthworm species and litter type. Microcosms with earthworms increased gaseous C and N losses relative to soluble losses compared to microcosms without earthworms. The effect of earthworm presence and soil moisture on methanogenic and methanotrophic activity was tested in another laboratory microcosm experiment lasting 24 hours. Earthworm presence increased cumulative gross CH4 production from 365 μg CH4 g-1 d-1 soil (without earthworms) to 509 μg CH4 g-1 d-1 soil. Cumulative net CH4 consumption in soils with earthworms was 489 μg CH4 g-1 d-1, whereas in soils without earthworms it was 318 μg CH4 g-1 d-1. A field experiment in riparian areas along the Pike River tested the effects of manipulated earthworm populations on gas (CO2, N2O, and CH4) fluxes in spring. Throughout sites, mean CO2, CH4, and N2O fluxes ranged from 33.5 to 171.4 mg CO2-C, -44.2 and 3.1 μg CH4-C, and 1.2 to 51.6 μg N2O-N m-2 h-1, respectively. While soil moisture, vegetation cover, and earthworm variables were all correlated with CO2, N2O, and CH4 fluxes, only vegetation cover and soil moisture significantly predicted CO2 (R2=0.245, p = .0007) and N2O (R2=0.188, p = .0049) fluxes. Despite the important earthworm influence on C and N gas fluxes from riparian soils in the laboratory, it is not detectable at the field scale. I conclude that management of vegetation cover rather than earthworm populations would be a more effective way to minimize C and N gaseous and leachate losses in riparian areas in southern Québec. / Les bandes riveraines se situent à l'interface des écosystèmes aquatiques et terrestres. Les événements hydrologiques ainsi que la composition de la végétation influence la décomposition et le cycle des nutriments dans ces zones et ultimement déterminent si les bandes riveraines sont des puits de carbone (C) et d'azote (N) ou bien des sources pour l'environnement. Les vers de terre jouent un rôle crucial dans la décomposition et le cycle des nutriments en fragmentant les résidus végétaux et par leur interaction avec les microorganismes du sol. Durant ces procédés,les vers de terre augmentent la production et les flux de CO2 et N2O tout en augmentant la quantité de composés solubles tels que le C organique dissout et le N minérale. L'objectif de cette recherche était de décrire la communauté de vers de terre établie dans les bandes riveraine au long de le rivière Pike dans le sud du Québec, d'indentifier les facteurs environnementaux qui influencent la structure des communautés de vers de terre, et de déterminer comment les vers de terres affectent la dynamique du C et de N avec différentes gestions du sol. La communauté de vers de terre était plus abondante (p <.0001) et plus diversifiée dans les bande riveraine comparé particulièrement ceux qui étaient sous exploitation agricole. L'humidité du sol, la diversité de la végétation, et les propriétés chimiques du sol (NH4 et P) contrôlent l'assemblage des communautés de vers de terre adultes à travers les sites (p <.005). Une expérience en microcosme a été réalisée en laboratoire sur deux espèces de vers de terre venant de bande riveraines, soit une espèce anécique et une espèce endogéique. L'objectif était de tester comment ces deux espèces affectent la perte de C et de N des sols avec leurs effets sur la décomposition dela litière composée soit de résidus de soya (Glycine max.), de feuilles d'essence forestière feuillue (Acer saccharum, Fagus grandifolia, Betula alleghaniensis) ou de baldingère faux-roseau (Phalaris arundinacea). Avec des résidus soya, les vers de terre ont augmenté la perte de CO2 de 14% (p < .0001) et les émissions de N2O de 700% (p < .0001). Avec la litière de baldingère faux-roseau, les vers de terre ont réduit la perte de CO2 de 18% (p < .0001) et les émissions de N2O de 250% (p < .0001). La quantité de C et de N soluble dans les percolats et dans le sol dépend de l'interaction entre l'espèce de vers de terre et le type de litière. Microcosmes avec les vers de terre ont augmenté C gazeux et les pertes d'azote par rapport aux pertes solubles par rapport aux microcosmes sans vers de terre. Dans une autre expérience en microcosme, la présence de vers de terre a fait augmenter le taux brut de production du CH4 de 365 à 509 μg CH4 g-1 sol d-1. Par contre, la consommation cumulative nette de CH4 dans le sol avec les vers était de 489 μg CH4 g-1 d-1, et dans les sols sans vers de 318 μg CH4 g-1 d-1. Une expérience sur le terrain dans les bandes riveraines a testé l'effet de la manipulation des populations de vers sur les émissions printanières de CO2, N2O et CH4. Dans tous les sites, la moyenne du flux de CO2 variait entre 33.5 to 171.4 mg CO2-C m-2 h-1, la moyenne du flux de N2O variait entre 1.2 to 51.6 μg N2O-N m-2 h-1, et la moyenne du flux de CH4 était entre -44.2 et 3.1 μg CH4-C m-2 h-1. Même si le taux d'humidité du sol, le couvert végétal et les variables des vers de terres corrélaient tous avec les flux de CO2, N2O, and CH4, seul le couvert végétal et le taux d'humidité du sol ont pu prédire de manière significative les flux de CO2 (R2=0.245, p = 0.0007) et de N2O (R2=0.188, p = .0049). En dépit de l'influence importante des vers de terres sur les émissions de C et de N gazeux en laboratoire, cette influence n'était pas détectable sur le terrain. La gestion du couvert végétale plutôt que celle de la population des vers de terre serait une stratégie plus efficace pour minimiser la perte de C et de N gazeux dans les bandes riveraines du sud du Québec.

Plasticizers are additives to plastics that impart flexibility and the ability to process polymers. Unfortunately, due to their leaching potential and widespread use, they have become ubiquitous contaminants in the environment. Studies have correlated the rise of many health issues to the chronic exposure to these compounds and have suggested them as potential carcinogens and endocrine-disruptors. In particular, available evidence indicates that they disturb steroid production such as testosterone production and therefore, behave as anti-androgens. The seriousness of this issue has prompted researchers to develop "green" plasticizers to avoid adverse effects. In this thesis, a series of potential alternative plasticizers were screened for their anti-androgenic potential in vitro using a mouse Leydig tumor cell line, the MA-10 cells. Optimal solvent and plasticizer concentrations and time frame conditions were determined to ensure viability of the cells for the duration of the experiments. Using these optimized testing conditions, potential green plasticizers, including the 1,3-propanediol (C3), 1,4-butanediol (C4), 1,5-pentanediol (C5) and 1,6-hexanediol (C6) dibenzoates, were studied by monitoring their effects on progesterone synthesis. Based on these results and those of others from our group, the candidature of C4 is supported as a potential green plasticizer. / Les plastifiants sont des adjuvants ajoutés aux formulations de plastiques pour les rendre plus flexibles et plus faciles à manipuler. Malheureusement, étant donné leur tendance à migrer de la matrice polymère et leur utilisation répandue, ils sont devenus des contaminants environnementaux omniprésents. Des études ont corrélé la hausse de certaines maladies à l'exposition chronique à ces composés et évoquent leurs risques en tant que potentiels carcinogènes et perturbateurs endocriniens. Notamment, il y a évidence qu'ils perturbent la formation de certains stéroïdes dont la testostérone et ainsi, agissent comme des anti-androgènes. L'importance de ce sujet a incité les chercheurs à développer des plastifiants ‘verts' pour éviter les effets négatifs associés à ces composés. Dans cette thèse, des composés alternatifs ont été testés pour leur effet anti-androgène in vitro avec la lignée cellulaire tumorale interstitielle du testicule de souris, les cellules MA-10. Des concentrations optimales de solvant et plastifiants ainsi qu'une durée optimale d'exposition ont été déterminées afin d'assurer la viabilité des cellules au cours des expériences. En employant les conditions optimales établies, des composés sélectionnés en tant que potentiels plastifiants verts, incluant les dibenzoates de 1,3-propanediol (C3), de 1,4-butanediol (C4), de 1,5-pentanediol (C5) et de 1,6-hexanediol (C6), ont été étudiés en mesurant l'impact sur la synthèse de progestérone. Les résultats de cette étude, appuyés par d'autres résultats de notre groupe, démontrent le potentiel du C4 en tant que potentiel plastifiant vert.