Modern agriculture has led to fundamental changes in the phosphorus (P) cycle that pose agronomic and environmental challenges at all scales. Phosphorus is a non-renewable resource that is critical to food production because of its role as an essential plant nutrient. At the same time, P runoff from agricultural systems contributes to water quality degradation worldwide. Recent research has begun to illuminate the dimensions of P use in agriculture and its broader sustainability implications, yet there is limited understanding of how these disparate issues are connected across scales. In this thesis, I explore important knowledge gaps related to spatial and temporal changes in P flows due to human activity, their drivers, and some of the implications for large-scale management of soil P and water quality. With the first study, I conducted a global analysis to better understand the contemporary distribution of agronomic P use for croplands. The spatially detailed results revealed that disparities in the magnitude of P applied to cropland soils as fertilizer and manure relative to crop P use occur across most regions, but with considerable spatial variation. Although inputs of P fertilizer (14.2 Tg of P/yr) and manure (9.6 Tg of P/yr) collectively exceeded P removal by harvested crops (12.3 Tg of P/yr) at the global scale, P deficits covered almost 30% of the global cropland area. I then present a comprehensive analysis of the United States agricultural system, exploring how globalization exacerbates changes to regional P cycling. This study considered how limited national P fertilizer supplies are allocated at the interface between trade, biofuel production, and diets. Total mineral P used in the US can be traced predominantly to accumulation in domestic agricultural soils (28%), post-harvest losses (40%), or biofuel refining (10%). Only 8% of mineral P use was ultimately consumed in domestic diets, while one quarter of domestic P fertilizer use was allocated to producing exports. In turn, agriculturally-driven changes in soil P pools could have long-term ecological implications given the slow cycling of P in some soils. I conducted a comprehensive meta-analysis to assess evidence for these legacy effects throughout the world, indicated by either enriched or depleted soil labile and total P pools following agricultural abandonment. This global meta-analysis revealed potentially large and enduring legacies of past agriculture on soil P pools across different regions and soil types, but with some reduction in the magnitude of these changes over time since abandonment. Finally, I considered the roles of watershed anthropogenic and biophysical characteristics on P loading to lakes to aid in the development of large scale lake eutrophication risk models. I used a multi-faceted statistical approach with recent global land use and hydrological data to predict lakewater total phosphorus (TP) concentrations across a representative sample of >1000 lakes worldwide. Global lake TP predictions from three unique statistical methods explained from 50% to as much as 79% of the variation in observed TP, with relatively low error rates. Collectively, this work sheds new insight on agricultural modifications to the global P cycle arising from past and present nutrient management as well as how these might influence both soil P pools and water quality over time. There is growing need to balance local context (e.g., soil types, management histories, and livestock densities) with the cumulative implications these have on limited P reserves at the national or global level (e.g., closing regional P imbalances and accounting for the effects of trade). Greater attention to the spatial variation in both problems and solutions related to P, as well as their complex temporal dimensions, will be essential for advancing the science and policies needed to achieve greater P sustainability in agriculture while simultaneously ensuring healthy aquatic ecosystems. / L'agriculture moderne a fondamentalement changée le cycle du phosphore (P) d'une façon qui dorénavant pose des défis agronomiques et environnementaux à toutes les échelles. Le P est une ressource non renouvelable qui est d'une importance cruciale à la production alimentaire car c'est essentiel pour les plantes. En même temps, les pertes de P à partir des terres agricoles dans l'eau de ruissellement contribuent à la dégradation de la qualité de l'eau dans le monde entier. J'explore des lacunes importantes au niveau de nos connaissances liées aux changements spatiaux et temporels dans le mouvement du P due à l'activité humaine, leurs causes, et quelques-unes des implications pour la gestion du P dans le sol et de la qualité de l'eau à grande échelle. Premierement, j'ai effectué une analyse à l'échelle globale sur les implications de l'utilisation du P agronomique sur les sols agricoles et sur la distribution actuelle du P dans les sols agricoles. Les résultats spatiaux démontré qu'il y a une disparité entre la quantité de P appliqué aux terres agricoles comme engrais chimiques et comme fumier et le P incorporé dans les récoltes agricoles dans la plus part des régions du monde, mais que l'ampleur de cette disparité varie considérablement entre ces régions. Bien qu'à l'échelle global l'application de P comme engrais (14,2 Tg P/an) et comme fumier (9,6 Tg P/an) collectivement dépasse le P incorporé dans les récoltes agricoles (12,3 Tg P/an), un déficit de P est présent sur près de 30% de la superficie mondiale des terres cultivées. J'ai ensuite effectué une étude approfondie du système agricole des États-Unis et ses partenaires commerciaux afin de comprendre comment la mondialisation exacerbe les changements dans le cycle du P régionale. Le P minéral utilisé aux États-Unis peut être tracée principalement à une accumulation dans les sols agricoles domestiques (28%), les pertes après la récolte (40%), ainsi que la production de bio carburant (10%). Seulement 8% de ce P minéral a été consommée comme nourritures aux Etats-Unis, mais un quart de la demande national d'engrais de P a été alloué à la production d'exportations. Les changements causés par agriculture sur les réservoirs de P dans sols pourraient également avoir des implications écologiques à long terme contenu de la lente vitesse à laquelle le cycle du P a lieu dans certains sols. J'ai mené une méta-analyse exhaustive des études existantes pour comprendre le rôle de l'héritage de présence de culture agricoles sur les réservoirs de P dans des sols après l'abandon agricole à travers le monde. Finalement, j'ai considéré les facteurs anthropologiques déterminants l'accumulation de P dans les lacs en comparaison avec le rôle des caractéristiques biophysiques des bassins versants afin d'aider à l'élaboration de modèles sur le risque d'eutrophisation. J'ai utilisé une approche à multiples facettes statistique pour prédire les concentrations de phosphore total (PT) pour d'un échantillon (> 1000) de lacs dans le monde entier, à partir de cartes d'utilisation des terres mondiale et de données hydrologiques courante. Mondialement les prédictions de PT dans les lacs, à partir de trois approches statistiques uniques, expliquent entre 50% et 79% de la variation observée dans le PT. Collectivement, ce travail illustre comment les modifications agricoles du cycle du P mondiale peuvent être comprit en examinant la gestion du P dans le passé et le présent ainsi que la façon dont cette gestion peut influencer les réserves du P dans les sols et la qualité de l'eau à travers le temps. Une plus grande attention à la variation spatiale dans les deux dimensions de cette problématique et les solutions liés au P, ainsi que leurs dimensions temporelles complexes, sera essentielle pour faire progresser à la fois la science et les politiques nécessaires pour parvenir à une plus grande durabilité dans la gestion du P dans l'agriculture tout en veillant à la santé des écosystèmes aquatiques.

The forest transition occurring in developed countries, including northeastern North America and western Europe, led to an emergence of secondary forests that fueled research about past land-use legacies on biodiversity. Past land-use has been shown to lower plant species richness, especially that of forest herb species. A few studies have also considered landscape configuration around secondary forests, either in the present-day or during the early period of old field colonization. My study examines the effects of both past land-use and past landscape context on species composition and richness in a 2046 km2 landscape dominated by agriculture in the Montérégie in southwestern Québec. Using historical topographical maps from the 1860s and 1910s, and a forest map from the 1990s, I analyzed the evolution of forest cover across the landscape and used an Affinity Propagation algorithm to cluster forest patches with similar land-use and configuration history. I then tested the effects of past land use and landscape context (surrounding forest proportion) on species composition and richness in 52 study sites using nonmetric multidimensional scaling analysis and correlations. Results show that landscape context in the past, and especially in the 1910s within a 200m buffer around study sites, is correlated with both current species composition and richness. Hence, forest patches that had a low forest cover around them in the past have a lower total, endozoochorous and anemochorous species richness and greater epizoochorous species richness than forest patches that were surrounded by a greater amount of forest in the past. As for past land use, this variable does not have a strong effect on plant species composition and richness. Other variables like soils, surficial deposits or recent forest management intensity do not affect total species richness and composition in study sites except for tree species, likely because of maple syrup production. My conclusions can be useful for forest protection and conservation by helping to prioritize forest patches to protect based on past landscape context. The results also suggest that the quality of forest patches can be enhanced by creating ecological corridors connecting patches, thereby increasing the number of surrounding seed sources. / La transition forestière ayant lieu dans les pays développés, incluant le nord-est de l'Amérique du Nord et l'Europe de l'Ouest, a conduit à l'émergence de forêts secondaires, lesquelles ont alimenté la recherche sur les legs de l'utilisation passée des terres sur la biodiversité. Il a été démontré que l'utilisation passée du territoire peut appauvrir la richesse en espèces végétales et spécialement en herbacées forestières. Quelques études ont également considéré la configuration du paysage autour de parcelles forestières, soit à l'époque actuelle ou durant la période de colonisation des terres abandonnées. La présente étude se penche sur les effets de l'utilisation passée du territoire et du contexte paysager passé (proportion du couvert forestier environnant) sur la composition et la richesse en espèces végétales dans un paysage de 2046 km2 dominé par l'agriculture en Montérégie, au sud-ouest du Québec. Utilisant des cartes topographiques historiques des années 1860 et 1910 et une carte forestière des années 1990, j'ai analysé l'évolution du couvert forestier sur ce territoire et utilisé l'algorithme Affinity Propagation pour regrouper les parcelles forestières ayant une histoire d'utilisation du territoire et de contexte paysager similaires. J'ai ensuite testé les effets de l'utilisation passée des terres et du contexte paysager passé sur la composition et la richesse en espèces végétales de 52 parcelles forestières en utilisant une analyse de gradation non métrique multidimensionelle ainsi que des corrélations. Les résultats montrent que le contexte paysager passé, et particulièrement dans les années 1910 à l'intérieur d'un rayon de 200 mètres autour des sites d'étude, est corrélé à la composition et à la richesse en espèces végétales actuelles de ces sites. Ainsi, des parcelles forestières ayant eu un couvert forestier faible autour d'elles dans le passé contiennent moins d'espèces végétales au total, moins d'endozoochores et d'anémochores et plus d'épizoochores que des parcelles forestières entourées d'un plus grand couvert forestier dans le passé. L'utilisation passée du territoire n'a, quant à elle, pas d'effets importants sur la composition et la richesse en espèces végétales. D'autres variables telles les sols, les dépots de surface ou l'intensité de l'aménagement forestier récent n'affectent pas la composition ni la richesse en espèces végétales dans les sites d'étude sauf pour les espèces d'arbres, probablement en raison de la production de sirop d'érable. Les conclusions de cette étude peuvent être utiles à des fins de protection et de conservation de la forêt. Ainsi, elles pourraient aider à prioriser les parcelles forestières à protéger en se basant sur la proportion de couvert forestier autour d'elles dans le passé. Les résultats de cette étude suggèrent également que la qualité des boisés peut être améliorée en créant des corridors écologiques connectant les parcelles, augmentant par le fait même les sources de graines autour d'elles.

The investigation of socio-ecological interactions involving mangrove ecosystem services (ES) illustrates the complexity of the relationships between functional ecosystems, market integration and the ability to maintain human well-being. The Belo-sur-Mer system of mangrove forests, located on the west coast of Madagascar, provides a range of ES to the communities of Antanamanimbo and Marofihitsy. Mangrove fisheries provide the majority of monetary incomes in both communities, representing 53.53 % of total annual incomes for Antanamanimbo and 59.76 % for Marofihitsy. Greater market integration in Antanamanimbo corresponds with larger material, energy and monetary throughputs. The role of mangrove ES in generating incomes is complemented by their importance as key components in local diets, communities' reliance on the mangrove as a safety-net for incomes and food production, for harvesting fuelwood and lumber, and in supporting cultural identities. Despite large differences in the size of household incomes and scale of mangrove resource extraction between these communities, their levels of human well-being are very similar. This suggests that the relationship between human well-being and natural systems is multi-dimensional and relies heavily on components that are not accounted for by the market system. Considering the role of mangrove ES in this local socio-economic context provides an invaluable tool to be used in guiding local decision making and establishing an effective balance between conservation and development. / L'étude des interactions socio-écologiques impliquant les écoservices des mangroves (ÉS) illustrer la complexité des relations entre les écosystèmes fonctionnels, l'intégration du marché et la capacité à maintenir le bien-être humain. Le système Belo-sur-Mer de mangroves situées sur la côte ouest de l'île de Madagascar, fournit une gamme d'ÉS aux communautés d'Antanamanimbo et de Marofihitsy. La pêche dans les mangroves fournit la majorité des revenus financiers dans les deux communautés, représentant 53,53% du revenu annuel total pour les Antanamanimbo et 59,76% pour les Marofihitsy. Une plus grande intégration du marché chez les Antanamanimbo correspond à un métabolisme social plus élevé dans cette communauté, y compris des revenus plus élevés et une extraction plus intensive des ressources de la mangrove. Les ÉS de la mangrove agissent en tant que générateurs de revenus, éléments clés dans les régimes alimentaires locaux, filet de sécurité pour les revenus et la production alimentaire, source de bois de feu et de construction, et partie intégrante des identités culturelles. Malgré de grandes différences entre ces communautés dans la taille des revenus ménagers et dans l'échelle de l'extraction des ressources de la mangrove, leurs niveaux de qualité de vie humaine sont très semblables. Ceci suggère que la relation entre le bien-être humain et les systèmes naturels est multidimensionnelle et s'appuie fortement sur des facteurs qui ne sont pas pris en compte par le système du marché. Prendre compte du rôle des ÉS des mangroves dans ce contexte socio-économique local constitue un outil précieux à être utilisé dans la prise de décision et l'établissement d'un équilibre entre la conservation et le développement locale.

In 2011-2012, wheat production in Canada was 20.1 Mt. As a major staple food globally, wheat is one of the grain widely used in baking industry as well. Both the physical and chemical characteristics of flours affect their quality and the subsequent products from them. The chemical compounds, namely starch and protein contribute to the functional and strength property of dough. Freshly harvested wheat may need a few years of storage to enhance the quality of these compounds. However, heat treatment with microwave is an efficient method to accelerate the process of aging. The physical properties such as ash content and gelatinization temperature of starch play an important role in the dough stability during baking and other characteristics of final products as well. In this study, two factors which include temperature and moisture content was applied. There were three levels of each: temperatures were 60 oC, 75 oC and 90 oC while moisture contents were set at 12%, 15% and 18% on wet basis. Combinations with different factors studied were obtained from the JMP 10 software (SAS Institute Inc., Cary, NC, USA) using a Central Composite Design (CCD). Total protein content was determined by bicinchoninic acid method, while starch content was estimated by enzymatic method. A muffler furnace was used to burn the wheat at 585 oC in order to measure the mineral content of wheat flour. The gelatinization temperature of starch was determined by using the differential scanning calorimetry (DSC). Data were analyzed by analysis of variance (ANOVA) with JMP 10. It was found that, following the increase inin temperature, the gelatinization temperature increased compared to the untreated samples. Starch and protein were increased initially followed by the decreasing trend when the heating temperature reached 75 oC. Similarly, ash content increased first and decreased when the temperature reached 90 oC. However, moisture content was found to be insignificant in the range used in this study. In conclusion, the effects of microwave heating treatment on starch, protein and gelatinization temperature were determined which are important for baking. The model explained the effects of the factors on the parameters, which helps its use in baking industry. / En 2011-2012, le Canada a produit 20.1 Tg de blé. Une denrée alimentaire de base à l'échelle mondiale, le blé est une des céréales les plus utilisées dans l'industrie de la boulangerie. Les caractéristiques physiques et chimiques des farines de blé en affectent la qualité ainsi que les produits qui peuvent en découler. Les composés chimiques, notamment l'amidon et les protéines contribuent aux propriétés fonctionnelles et à la résistance de la pâte. Le blé nouvellement récolté peut gagner à être entreposé pour quelques années afin d'affiner la qualité de ces composés. Cependant, un traitement thermique par microondes présente une méthode efficace pour accélérer le processus de vieillissement. Les propriétés physiques tel la teneur en cendres et la température de gélatinisation de l'amidon jouent un rôle important dans la stabilité de la pâte durant la cuisson, ainsi que d'autres propriétés des produits finis. Deux facteurs expérimentaux, dont la température et la teneur en humidité, furent appliqués à trois niveaux chacun: températures de 60 °C, 75 °C et 90 °C, teneurs en humidité de 12%, 15% et 18% par rapport au poids frais. Les combinaisons des différents facteurs à l'étude dans un design expérimental composite central furent analysées avec le logiciel JMP 10 du SAS Institute. La teneur globale en protéine fut dosée par la méthode de l'acide bicinchoninique, tandis que la teneur en amidon fut dosée par une méthode enzymatique. Un four à moufle opérant à 585 °C servit à brûler la farine de blé afin d'en mesurer la teneur en minéraux. La température de gélatinisation de l'amidon fut déterminée par analyse calorimétrique différentielle (DSC). Une analyse de variance (ANOVA) des données utilisant JMP 10 indiqua qu'une augmentation de la température par rapport au traitement témoin donna lieu à une augmentation de la température de gélatinisation. Une hausse de la température jusqu'à 75°C donna lieu à une augmentation, par rapport au témoin, des teneurs en protéines, amidon et cendres, mais une tendance décroissante au delà de cette température. Cependant, la teneur en humidité n'eut aucun effet significatif. Les effets d'un traitement de la farine de blé par microondes eut donc un effet sur la teneur en protéines, en amidon et sur la température de gélatinisation de l'amidon, tous des facteurs importants dans la cuisson du pain. Le modèle statistique expliqua l'effet des différents facteurs du système de traitement aux microondes sur les paramètres étudiés, permettant à l'industrie de la boulangerie d'en entrevoir les avantages.

The primary goal of this research work was to devise a process to treat hazardous fly ash, so as to render it environmentally stable and useful for industrial, structural, and ornamental applications. The process selected entails transforming fly ash into a glass-ceramic material. This involved melting the fly ash into a slag at 1500°C for 2 hours, followed by water quenching. The amorphous products obtained were then heat treated, so as to induce nucleation and crystallization. The specific heat treatment devised was based on results obtained from thermal analysis: nucleation was carried out at 805°C for 60min, followed by two crystallization events at 905°C and 990°C, respectively, each lasting 30min. Material characterization and analysis were carried out with the help of XRF, XRD, TCLP, SEM/EDS, DTA, TMA, EBSD, FactSage modeling, Optical Microscopy, Nano-indentation, and Vickers micro-hardness. The final product obtained was a glass-ceramic material with randomly oriented crystals embedded in its residual amorphous matrix. The crystalline phases forming were identified as Nepheline and Diopside. Leaching test results revealed a significant reduction in heavy metal release. Values obtained from mechanical testing showed that the fly-ash derived glass-ceramic material had increased hardness and strength compared to its amorphous parent material. / Le but premier de cette recherché est de développer un procédé de traitement des poussières volatiles dangereuses permettant de les rendrent stables face à l'environnement et utiles pour des applications industrielles, structurales et décoratives. Le procédé retenu transforme les poussières volatiles en matériaux vitraux céramiques. Il implique la fusion des poussières en laitier en les exposant à un traitement à 1500°C durant deux heures, suivi d'une trempe à l'eau. Les produits amorphes obtenus sont ensuite traités thermiquement de façon à induire nucléation et cristallisation. Le traitement thermique développé fut basé sur les résultats d'analyse thermique effectués sur les produits amorphes et consiste en un premier plateau à 805°C durant 60 minutes suivi de deux périodes de cristallisation à 905 et 990°C durant chacune 30 minutes. Les matériaux furent caractérisés par XRF, XRD, TCLP, SEM/EDS, DTA, TMA, EBSD, modélisation thermodynamique avec le logiciel FactSage, microscopie optique, nano-indentation, et micro-duretés Vickers. Les matériaux finaux furent identifiés comme étant des vitraux céramiques composés de cristaux aléatoirement orientés compris dans une matrice amorphe résiduelle. La forme cristalline fut identifiée comme correspondant à de la Népheline et de la Diopside. Les tests de dissolution indiquent une réduction significative de libération de métaux lourds. Les essais mécaniques indiquent que les vitraux céramiques cristallins obtenus de la fusion des poussières volatiles possèdent des résistances mécaniques et des duretés améliorées comparées à leur contre parties amorphes.

The Watershed Evaluation of Beneficial Management Practices (WEB's) project is funded by Agriculture and Agri-Food Canada (AAFC). This study addresses the issue of non-point source agricultural pollution in the Bras d'Henri sub-watershed. It estimates the economic impact on the farm of an increased environmental constraint and the environmental and economic performance of Best Management Practices (BMPs) to satisfy this environmental constraint. The model's objective was to maximize net farm income subject to an environmental constraint, farm characteristics, and animal nutrient requirements. Results indicate that increasing the pollution emission constraint: (1) Reduces agricultural non-point source (NPS) pollution, (2) forces cropping patterns and farming practices to change, (3) reduces profit, and (4) induces average abatement cost and marginal abatement cost to increase at an increasing rate. Also, with comparable environmental constraints, farms are economically better off when the environmental constraint was set at the watershed scale as opposed to being set at the farm scale. / Le projet d'Évaluation des pratiques de gestions bénéfique à l'échelle du basin versant (EBB) est financé par Agriculture Canada (AAAC). Cette étude met l'emphase sur la problématique de pollution diffuse agricole présente dans le sous-bassin versant du Bras d'Henri. Cette étude fait l'estimation de l'impact à la ferme d'une contrainte environnementale croissante et de la performance environnementale et économique des Pratiques de Gestions Bénéfiques (PGB) pour satisfaire une contrainte environnementale. Les objectifs du model était de maximiser les revenus nets agricoles en ce conformant à une contrainte environnemental, à l'utilisation unique des champs, et au respect des besoins nutritionnels des animaux. Les résultats indiquent que la présence d'une contrainte environnementale croissante : (1) réduit l'émission de pollution diffuse agricole, (2) force les habitudes de production à changer, (3) réduit les revenus nets agricole, et (4) fait en sorte que les coûts moyens d'abattement et les coûts marginaux d'abattement augmentent et accélèrent. De plus, soumis à des contraintes environnementales similaires, les fermes sont économiquement gagnantes lorsque la contrainte environnemental est fixée à l'échelle de du bassin versant contrairement à une contrainte environnementale fixée à l'échelle de la ferme.

Soil washing is a treatment process that has been used extensively for toxicant extraction, yet the process does not detoxify the mobilized pollutants per se. The more common detoxification processes include redox reactions that are mediated by zero-valent metals (ZVMs). Reduction of Cr(VI) to Cr(III) is desirable, as the latter specie is toxicologically innocuous to most living organisms and also has a low mobility and bioavailability. The main goals of this project included the development of an efficient treatment for the extraction and inactivation of toxic inorganic anions using ZVMs from contaminated soils. A variety of micron-sized ZVMs (Al, Cu, Fe, Mg, Ni, Si, and Zn); metallic mixtures (Pd/Fe, Ag/Fe, Cu/Fe, Zn/Fe, Co/Fe, Mg/Fe, Ni/Fe, Al/Fe, Si/Fe, Pd/Cu, Pd/Zn, Pd/Cu/Fe, Pd/Zn/Fe, and Zn/Cu/Fe); Cu and Fe nano-sized particles (NPs), and selected nano-sized bimetallic analogs (Pd/Fe, Cu/Fe and Pd/Cu) were evaluated for reactivity towards the reduction of Cr(VI) in a surfactant preparation (Tween® 20) under a selection of reaction conditions. At circum neutral pHs, a rapid inactivation of the surface was observed for almost all the tested metals whereas complete reduction of Cr(VI) was achieved at acidic pH only by using Cu, Fe, Mg, or Zn. Relative to the reactivity of the zero-valent iron, the tested bimetallic mixtures (Pd/Fe > Pd/Zn> Ag/Fe > Ni/Fe> Zn/Fe > Pd/Cu > Cu/Fe) appreciably increased the pseudo-first order rate constant. The Zn/Cu/Fe, represented a cost-effective preparation providing comparable or improved kinetic parameters relative to the more expensive palladized bimetallic mixtures. The results suggest that the cementation of a noble metal serves not only as a reaction accelerator but also provides protection of the ZVM surface impeding its rapid inactivation. A considerable increase in reactivity (up to 100-fold) was observed with NPs. The formation of clusters of polymeric structures provided a / Le lavage de sols est un processus de traitement qui a été employé intensivement pour l'extraction des produits toxiques, néanmoins le processus ne détoxique pas les polluants mobilisés. Les procédés plus communs de désintoxication incluent les réactions rédox qui sont négociées par les métaux nullivalents (MNVs). La réduction de Cr(VI) au Cr(III) est souhaitable, car la dernière espèce est moins toxique pour la plupart des êtres vivants, et a également une basse mobilité et disponibilité biologique. Les objectifs principaux de ce projet ont inclus le développement d'une méthode efficace pour l'extraction et la détoxication des anions inorganiques toxiques utilisant MNVs dès sols contaminés.Une série de micro-MNVs (Al, Cu, Fe, Mg, Ni, Si, et Zn); de combinaison métalliques (Pd/Fe, Ag/Fe, Cu/Fe, Zn/Fe, Co/Fe, Mg/Fe, Ni/Fe, Al/Fe, Si/Fe, Pd/Cu, Pd/Zn, Pd/Cu/Fe, Pd/Zn/Fe, et Zn/Cu/Fe); de nano-particules (NPs) de Cu et Fe ; ainsi que des NPs bimétalliques (Pd/Fe, Cu/Fe et Pd/Cu) ont été évalués sur la réactivité vers la réduction de Cr(VI) dans une préparation d'agent tensioactif (Tween® 20) sous différentes conditions de réaction. Aux pHs près de la neutralité, on a observé une inactivation rapide de la surface pour presque tous les métaux examinés tandis que la réduction totale de Cr(VI) a été réalisée au pH acide seulement en employant le Cu, le Fe, le magnésium, ou le Zn. Au regard à la réactivité du fer nullivalente, les préparations bimétalliques testées (Pd/Fe > Pd/Zn> Ag/Fe > Ni/Fe> Zn/Fe > Pd/Cu > Cu/Fe) ont sensiblement augmentés la constante de vélocité de pseudo-première taux. La préparation métallique Zn/Cu/Fe, représente un mélange métallique rentable fournissant des paramètres cinétiques comparables ou améliorés par comparaison aux mélanges bimétalliques plus chers qui possèdent du palladium. Les résultats suggèrent, que la cémentation

A key challenge for achieving sustainability is understanding how to manage landscapes for multiple ecosystem services, the benefits that humans obtain from ecosystems. Because the enhancement of provisioning ecosystem services, such as food and timber, often leads to declines in regulating and cultural ecosystem services, such as nutrient cycling and tourism, ecological management has often been less successful than it could be. As the demand for all types of ecosystem services increases globally, management that considers and manages ecosystem service interactions is needed to produce better outcomes for societies. This thesis develops new tools and approaches for understanding and managing the multiple ecosystem services provided by landscapes. It does this by combining a global assessment with a regional case study. / I assess global trends to explore how human well-being has continued to improve while the condition of many ecosystem services has sharply degraded. This paradox is partially explained by humanity's success in engineering productive food systems and substitutions for ecosystem services, and by time lags in the global system. The analysis concludes that sustainable management of ecosystem services to enhance human well-being requires quantitative methods for analyzing interactions among ecosystem services. / I develop and test an approach for analyzing interactions among multiple ecosystem services across space, using a case study of 12 ecosystem services quantified across a landscape in southern Québec. Based on this analysis, I present the first empirical demonstration of ecosystem service bundles, sets of services that appear together repeatedly across a landscape. Bundle analysis demonstrates landscape-scale trade-offs between provisioning and almost all regulating and cultural ecosystem services and that a greater diversity of ecosystem services is positively correlated with regulating ecosystem services. I find that predicting these landscape patterns requires models that integrate social, geographic and ecological drivers. Finally, a novel analysis of the effect of scale on ecosystem service assessment outcomes reveals that both the patterns and interactions of ecosystem services with more spatially clustered distributions change the most as the scale of observation changes. Scale mismatches among production, consumption and management processes of ecosystem services are identified as potential indicators of management problems. / Le principal problème à résoudre pour atteindre la durabilité consiste à comprendre comment gérer les paysages en fonction de services écosytémiques multiples, représentant les bienfaits que les hommes obtiennent des écosystèmes. En raison de l'amélioration des services écosystémiques de prélèvement; tels l'alimentation et le bois d'oeuvre, menant souvent à la dégradation des services écosystémiques culturels et de régulation; tels le cycle des substances nutritives et le tourisme, la gestion écologique s'est souvent avérée moins réussie qu'elle aurait pu l'être. Comme la demande pour tout type de services écosystémiques augmente de façon globale, une gestion tenant compte des interactions entre les services écosytémiques gérant ceux-ci pour obtenir de meilleurs résultats pour les sociétés, est nécessaire. Cette thèse propose de nouveaux outils et de nouvelles approches pour la compréhension et la gestion des services écosystémiques multiples qu'offrent nos paysages, en conjuguant une évaluation globale et une étude de cas régionale. / Nous avons évalué les tendances globales pour examiner comment le bien-être de l'humanité a continué de s'améliorer alors que la condition de nombreux services écosystémiques s'est brusquement dégradée. Ce paradoxe s'explique en partie par les réussites de l'humanité en matière d'applications techniques destinées aux systèmes de production alimentaire et de substitution de services écosystémiques, et aussi par le décalage de leurs impacts sur le système global. L'analyse conclut que la gestion durable des services écosystémiques pour l'amélioration du bien-être de l'humanité exige des méthodes quantitatives pour l'analyse des interactions entre les écosystèmes. / Nous avons conçu et testé une approche pour analyser les interactions entre des services écosystémiques multiples dans un espace donné, utilisant une étude de cas réalisée sur 12 services écosystémiques quantifiés dans un paysage du sud du Québec. C'est sur la base de cette analyse que nous présentons la première démonstration empirique de ballots de services écosystémiques, d'une série de services apparaissant simultanément à plusieurs reprises dans le paysage. L'analyse par ballots fait la démonstration des compromis à l'échelle du paysage entre le prélèvement et presque tous les services écosystémiques culturels et de régulation. Elle démontre également qu'il existe une corrélation positive entre une plus grande diversité de services écosystémiques et des services écosystémiques de régulation. Nous avons découvert que cette prédiction nécessite des modèles intégrant des moteurs sociaux, géographiques et écologiques. Finalement, une analyse originale des effets d'échelle sur les résultats de l'évaluation des services écosystémiques révèle que les modèles et les interactions des services écosystémiques, dont la distribution dans l'espace est davantage regroupée, varient le plus lorsque l'échelle d'observation change. Les contrastes d'échelle entre la production, la consommation et les procédés de gestion des services écosytémiques sont reconnus comme autant d'indicateurs potentiels pour les problèmes de gestion.

The efficiencies of extraction with the [S,S]-stereoisomer of ethylenediaminedisuccinic acid ([S,S]-EDDS) on selected toxicants were investigated. A soil washing procedure to solubilize mixed contaminants, polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH) compounds and heavy metals from soil, into an aqueous mobilizing solution containing 0.1 M EDDS-6% (V/V) Brij98 was optimized and evaluated. The optimized procedure with EDDS had mobilized a total of 101% of B[a]P burden from the soil after nine successive equilibrations with the same charge of mobilization aids (complexing reagent plus surfactant), which was 21% higher than analogous extractions with the equivalent quantity of EDTA and 28% higher than extractions in the absence of complexing reagent (surfactant Brij98 alone). In contrast to B[a]P, chrysene recovery was not affected appreciably by the presence of the EDDS reagent. Modelling of the extraction process for PAH compounds remaining within the soil revealed that B[a]P was extracted more efficiently in the presence of EDDS, i.e. the number of washes needed to reduce the initial concentration of B[a]P by half was less than the predicted number of washes in the presence of EDTA or Brij98, and the differences were significant at the 95% level of confidence. EDDS also had an appreciable influence on heavy metal exraction efficiency. Most analyte metals, (Al, As, Cd, Cr, Cu, Fe, Ni, Pb and Zn,) were extracted more efficiently in the presence of EDDS than in the presence of an equivalent quantity of EDTA or in the absence of complexing reagent. By contrast, the mobilization of Ca, Mg, and Mn by EDDS was decreased when compared with EDTA and/or surfactant alone. / Les efficacités d'extraction choisis avec le stéréoisomère [S,S] – de l'acide éthylènediaminedisuccinique ([S,S] - EDDS) sur des produits toxiques sélectionnées ont été étudiées. Un procédé de lavage a été optimisé et évalué pour solubiliser simultanément les composés aromatiques polycycliques de l'hydrocarbure (APH) et les métaux lourds du sol, dans une solution de mobilisation aqueuse contenant 0.1 M EDDS-6% (V/V) Brij98. Le procédé optimisé avec l'agent chélateur EDDS a mobilisé du sol un total de 101% de B [a] P après neuf extractions successifs. Comparativement, quand les expériences ont été réalisée avec EDTA ou sans l'adition d'agent complexant (seulement agent tensio-actif Brij 98), l'EDDS augment la efficacité un 21% par rapport à EDTA et 28% à la solution traitante en absence de agente complexant. Cependant, l'extraction de chrysène n'a pas été sensiblement affectée par la présence du réactif chélateur EDDS. La modélisation du processus d'extraction pour des composés organiques, APH, qui restent dans le sol a indiqué que B [a] P a été extraite plus efficacement en présence d'EDDS, c.-à-d. le nombre de lavages requis pour réduire la concentration initiale de B [a] P à la moitié était moins que le nombre prévu de lavages en présence d'EDTA ou de Brij98 seulement, et les différences étaient significatives au niveau de 95% de la confiance. L'EDDS a également eu une influence appréciable sur l'efficacité d'extraction de métaux lourds. La plupart des métaux analysés, (Al, As, Cd, Cr, Cu, Fe, Ni, Pb et Zn,) ont été extraits plus efficacement en présence d'EDDS qu'en présence d'une quantité équivalente d'EDTA ou en l'absence du réactif complexant. Néanmoins, l'extraction du Ca, du magnésium, et du manganèse par EDDS ont été diminués en comparaison avec seuls l'EDTA et/ou l'agent tensio-actif. fr

The rapid progression of an exotic haplotype of common reed (Phragmites australis (Cav.) Trin. ex Steud.) in North America is associated with a decline in the plant diversity of wetlands and possibly threatens native haplotypes of Phragmites australis. As prevention is a better strategy than control, a spatially-explicit approach was developed to predict the risk of invasion by the exotic P. australis and its potential impact on a native haplotype. Focusing on a protected wetland of Quebec, Canada where the two haplotypes occur, this study specifically aimed to: 1) compare and contrast the current spatial distribution of the two haplotypes in relation to landscape and land use/land cover variables, and 2) predict, using spatially-explicit models, the potential expansion patterns of the exotic and native P. australis. Results showed that the native P. australis was currently more frequent than the exotic P. australis. At this stage of invasion, native and exotic P. australis still occupied distinct parts of the territory, the native one being associated more with low marsh and areas of lesser human impacts, the exotic one being closer to roads or associated with drier land covers. Perturbations to the natural environment provided invasion foci for the exotic P. australis which is more tolerant to disturbances than the native one. The current distribution of invasion foci of exotic P. australis and its association to a broad range of conditions resulted in predicted expansion patterns where the cover of the exotic P. australis could potentially surpass the cover of the native P. australis within 10 years. This could lower the conservation value of the protected wetland and increase the competition with native colonies of P. australis where the two haplotypes intersect. / La progression d'un haplotype exotique du roseau commun (Phragmites australis (Cav.) Trin ex Steud.) en Amérique du nord réduit la diversité végétale des milieux humides en plus de menacer les haplotypes indigènes de Phragmites australis. La prévention étant plus efficace que le contrôle, une approche spatialement explicite visant à prédire les risques d'invasion par l'haplotype exotique et son impact sur un haplotype indigène a été développée. Cette étude conduite dans un marais protégé du Québec (Canada) visait à : 1) comparer et expliquer la distribution spatiale actuelle de ces deux haplotypes sur la base de leur relation à des variables de couverture/utilisation du sol et du paysage et 2) prédire à partir de modèles spatialement explicites les patrons d'expansion futures des haplotypes exotique et indigène de P. australis. À ce stade-ci de l'invasion, les haplotypes occupent des zones distinctes du territoire ; le P. australis indigène est associé aux bas marais et à des zones où l'influence anthropique est faible, tandis que le P. australis exotique se trouve près des routes et dans les milieux plus secs. Les perturbations au milieu naturel constituent des foyers d'invasion propices à l'haplotype exotique qui semble tolérer un éventail de conditions environnementales plus large que l'haplotype indigène. La modélisation des patrons d'expansion de l'haplotype a démontré que celui-ci pourrait surpasser en couverture l'haplotype indigène d'ici 10 ans, en raison de son association à un vaste éventail de conditions environnementales. Cette progression de l'haplotype exotique pourrait réduire la valeur de conservation du milieu humide et intensifier la compétition avec les colonies indigènes de P. australis.