Le phosphore (P) est un nutriment essentiel dans le contrôle de l'eutrophisation des eaux de surface. La majorité du P causant cette eutrophisation dans les pays occidentaux est aujourd'hui issu des sols agricoles, ce qui explique pourquoi les recherches actuelles sur l'eutrophisation se focalisent sur la compréhension des mécanismes par lequel le P est relargué de ces sols. Dans cette thèse, nous étudions ces mécanismes en nous focalisant sur la fraction dissoute (DP) du P, fraction la plus menaçante du point de vue de l'eutrophisation. Une double approche a été utilisée, combinant le suivi de la composition d'eaux du sol et d'eaux de ruisseau dans un petit bassin versant (BV) agricole représentatif (BV de Kervidy-Naizin, France) et des simulations expérimentales au laboratoire. Les suivis de terrain ont révélé que les zones humides ripariennes (RW) étaient les principales zones de relargage de DP dans le BV étudié, via deux mécanismes essentiellement déclenchée par les fluctuations des hauteurs de nappe, i) la réhumectation des sols (DRW) et ii) la dissolution réductrice des oxydes de fer du sol dans de périodes d'anoxie. Ces mêmes suivis ont révélé la présence de fortes variations spatiales de la nature chimique (inorganique et organique/colloïdale) du DP relargué. Les variations saisonnières et interannuelles de l'hydroclimat, combinées aux variations locales de topographie ont été démontrées être les deux facteurs principaux contrôlant i) la fréquence des épisodes DRW, et ii) la durée des périodes anoxiques, entraînant au final de fortes variations saisonnières et interannuelles de la dynamique de relargage du DP. Comme indiqué dans un modèle conceptuel général, la topographie est sans doute le facteur clé de contrôle des variations observées, en raison de son rôle sur i) le transfert de P à partir des parcelles agricoles amont, ii) le taux de minéralisation du P organique du sol P et iii), le déclenchement des deux mécanismes de relargage précités. Les expériences en laboratoire ont confirmé le rôle des événements DRW comme processus clé causant le relargage de DP dans les RWs. Les résultats ont démontré que le DP relargué consistait non seulement de "vrai" DP inorganique et organique, mais aussi de P colloïdal, le P colloïdal et le DP organique étant les plus réactifs aux événements DRW. Les données ont aussi révélées que ces différentes formes de P provenaient de différentes sources dans le sol (méso et macroporosité pour P colloïdal et le DP organique; microporosité pour DP inorganique), et que la quantité de P colloïdal relargué était positivement corrélée avec la teneur en matière organique et la taille de biomasse microbienne du sol. Ces mêmes expériences ont confirmé le rôle des conditions anoxiques comme conditions favorisant la libération de DP dans les RWs. La dissolution réductive de sol Fe-oxyhydroxydes n'est cependant pas le seul processus impliqué, un autre processus étant la hausse du pH causée par des réactions de réduction. Les résultats obtenus démontrent que l'augmentation de pH contrôle la libération de DP dans les sols riches en matière organique, alors que ce relargage est contrôlé principalement par la réduction des oxydes de fer dans les sols pauvres en matière organique. Les données expérimentales démontrent également que l'apport de sédiments issus des sols agricoles amont accroit le relargage de DP dans les RW, probablement en raison de la dissolution des oxydes de fer de ces mêmes sédiments par les bactéries ferroréductrices des Rws. Au final, cette thèse permet de mieux contraindre les mécanismes et facteurs responsables du relargage de DP dans les bassins versants agricoles. Une conséquence très pratique de ce travail est que la conception de stratégies pour limiter les fuites de DP dans ces bassins ne peut se faire sans une prise en compte des rôles de l'hydroclimat, de la topographie locale et des propriétés du sol sur ce relargage. / Phosphorus (P) is a key nutrient in controlling surface water eutrophication. Because of the decrease of urban and industrial P emissions, most of the P nowadays causing surface water eutrophication in western countries consists of P transferred from agricultural soils, explaining why current eutrophication research focused on understanding the mechanisms by which P is released from soils. In this thesis, we studied these release mechanisms for dissolved P (DP) – i.e. the most bioavailable P component for algae - using an approach combining field monitoring of soil and stream water compositions in a small, headwater catchment typical of western countries agricultural catchments (the Kervidy-Naizn catchment, France), and laboratory experimental simulations. Field monitoring data revealed that riparian wetlands (RW) are the main zones of DP release and DP production in the studied catchment, through essentially two mechanisms triggered by groundwater table fluctuations, namely i) rewetting of dry soils (DRW), and ii) reductive dissolution of soil Fe (hydr)oxides during anaerobic periods. Field monitoring data also revealed the presence of strong spatial variations in the chemical nature (inorganic vs. organic/colloidal) of the released DP, which was in relation to differences in soil properties and local topography. Seasonal and inter-annual hydroclimate variations, combined with variations in local topography were found to control the frequency of soil DRW events and duration of anaerobic periods, resulting in strong seasonal and inter-annual variations of DP release dynamics. As shown in a conceptual model, topography is likely to be the key driver of the observed spatial and temporal variations, because of its combined control on i) the transfer of P from upland fields to RW zones, ii) the mineralization rates of soil organic P and iii) the triggering of the above two release mechanisms. Laboratory leaching experiments on the same soils confirmed the role of DRW events as a major process causing DP release pulses in RWs. The data demonstrated that the released DP consisted not only of true dissolved inorganic and organic P but also of colloidal P, the latter phase being the most reactive to DRW events. The data also revealed that the different P forms came from different P sources in the soil (soil macro/mesopores for colloidal P and organic DP; soil micropores for inorganic DP) and that the amount of released colloidal P correlated positively with the organic matter contents and soil microbial biomass size of the soil. Anaerobic incubation experiments, on their hand, confirmed the role of anoxic conditions as conditions favoring the release of DP in RW. Reductive dissolution of soil Fe-oxyhydroxide was, however, not the sole process involved in that release, another process being the rise in pH caused by reduction reactions. Experimental data showed that the pH rise controlled the DP release in organic-rich soils, this release being on the contrary mainly controlled by soil Fe-oxyhydroxides reductive dissolution in organic-poor soils. Experimental data also showed that the input of soil sediments from upland fields enhanced the release of DP in RW, most likely due to the enhanced dissolution of sediment Fe-oxyhydroxides by RW Fe-reducing bacteria. Overall, this thesis allowed new constraints to be placed on the release mechanisms of DP in headwater agricultural catchments. One very practical output is that great care should be taken of hydroclimate variability, local topography, and soil property when designing and implementing management options to reduce DP release and transfer in agricultural catchments.

La diversité végétale exceptionnelle des forêts tropicales a toujours suscité une part d’incompréhension chez les scientifiques qui tentent de comprendre les processus à l’origine de cette diversité, ainsi que les mécanismes expliquant les changements spatiaux de composition spécifique. Une des clés de ce dernier mystère résiderait dans l’influence de la différentiation des niches écologiques, mais aussi de la dispersion limitée des graines et d’événements stochastiques (purement aléatoires et non prévisibles). La niche d’une espèce contraint celle-ci à s’établir dans un habitat présentant des gammes de conditions bien délimitées en termes de propriétés du sol (disponibilité en nutriments et toxicité de certains éléments) et d’intensité lumineuse. Par exemple, certaines espèces sont plus tolérantes à l’ombrage (espèces « sciaphiles ») que d’autres qui ne peuvent s’établir que dans des trouées forestières offrant suffisamment de lumière (espèces « héliophiles »). En Afrique centrale, les communautés d’arbres sont aujourd’hui en grande partie composées de ces espèces dites « héliophiles », alors que les ouvertures forestières naturelles sont rares. Il est fortement suspecté que la dominance de ces espèces soient la conséquence de trouées générées par l’homme qui, jusqu’au début de la période coloniale (vers 1900), occupait de vastes surfaces de forêt où il pratiquait l’agriculture sur brûlis. Cependant, peu d’études ont jusqu’à présent déterminé dans quelle mesure ces pratiques agricoles ont influencé la composition spécifique des forêts à l’échelle régionale comme à l’échelle locale.<p>L’objectif du présent travail est de faire la lumière sur l’impact de ces perturbations humaines mais aussi plus généralement sur l’influence relative de la niche écologique des espèces d’arbres par rapport à d’autres facteurs (dispersion limitée et facteurs stochastiques) sur leur distribution spatiale. Pour cela nous avons utilisé des données botaniques et environnementales provenant d’inventaires réalisés dans une forêt tropicale située en République Démocratique du Congo (quatre transects parallèles mesurant chacun 500 à 600 m de long), ainsi que des données similaires complémentées d’inventaires anthracologiques (estimation de la quantité de charbons de bois dans le sol, utilisée comme indicateur de feux passés d’origine anthropique) récoltées dans trois régions du sud du Cameroun (208 parcelles de 0,2 ha chacune). <p>Les données récoltées nous ont permis de mettre en évidence un impact significatif des propriétés physico-chimiques du sol sur la composition en espèces d’arbres. Plus précisément, nous avons pu constater une différence floristique marquée entre deux habitats très contrastés (sol sableux vs. sol argileux, Rép. Dém. Du Congo), et cela à une échelle spatiale locale (< 1 km²) où l’on pensait que de l’influence des facteurs stochastiques et de dispersion limitée étaient prépondérante. Mes analyses ont également démontré que cette différence était plus marquée pour les arbres de la canopée que pour les arbres des strates inférieures (« sous-canopée »), ce qui est sans doute lié au fait que de nombreux individus de la sous-canopée sont composés de juvéniles régénérant la canopée, parmi lesquels de nombreux arbres subissent une exclusion compétitive en cours (brouillant ainsi les signaux d’association espèce-habitat). <p>À une échelle spatiale beaucoup plus large cette fois (de 5 à 100 km, inventaires du Sud Cameroun), nous avons démontré que la diversité floristique était également influencée de manière significative par l’hétérogénéité spatiale de propriétés abiotiques du sol, notamment par les concentrations en (i) certains nutriments essentiels pouvant présenter des valeurs potentiellement limitantes (K, Mg, Ca et P) ainsi qu’en en (ii) élements pouvant être présents en quantités toxiques (Al et Mn). Cependant, alors que le signal environmental a été clairement détecté à l’échelle communautaire, seule les abondances d’une minorité d’espèces (< 15%) ont répondu significativement à la variation des conditions de sol. En outre, le nombre de réponses significatives a augmenté avec l’échelle d’observation ainsi qu’avec le degré d’hétérogénéité environnementale et/ou floristique. Pour mettre en évidence cet effet du sol, nous avons introduit une nouvelle approche permettant de tester la fraction d’une analyse de partition de variance correspondant à la part de variation floristique expliquée par l’effet de conditions édaphiques spatialement structurées (co-variation entre effets spatiaux et édaphiques), en combinant l’analyse de partition de variance avec des vecteurs propres de Moran (« Moran’s eigenvector maps ») et des translations toroïdales. Bien que cette méthode nous ait permis de déterminer si la fraction en question était significative, nous avons également mis en doute son interprétation habituelle suggérant que cette fraction représente une structure floristique directement induite par des structures spatiales de conditions de sol. Grâce à des simulations de populations végétales liées à des propriétés environnementales, nous avons mis en évidence que la valeur de la fraction étudiée ne semble finalement pas influencée par le degré de structuration spatiale des conditions environnementales, remettant donc en question l’utilité de l’analyse de partition de variance pour inférer des effets de processus écologiques sous-jacents sur la distribution spatiale des espèces d’arbres.<p>Enfin, les données floristiques et anthracologiques du Sud Cameroun ne nous ont pas permis de démontrer statistiquement l’hypothèse que les perturbations humaines passées sont en partie responsables de la dominance actuelle des espèces héliophiles. L’absence de corrélation significative entre l’abondance relative de ces espèces et la quantité de charbons de bois dans le sol peut s’expliquer par le fait que la majorité de ces charbons (60%) étaient trop vieux (1500 à 3000 ans) pour refléter des perturbations ayant influencé la diversité végétale présente. <p>Les conclusions générales de ma thèse de doctorat soutiennent que la niche écologique des espèces d’arbres des forêts tropicales africaines contribue de manière significative à déterminer leur assemblage dans l’espace, mais aussi que ces effets de niche dépendent fortement du contexte environnemental étudié ainsi que de l’échelle spatiale d’observation. Ce travail lève donc en partie un voile sur l’écologie des écosystèmes forestiers d’Afrique centrale qui restent largement méconnus par rapport à ceux d’Asie du Sud-Est et des régions néotropicales.<p> / Doctorat en sciences, Spécialisation biologie végétale / info:eu-repo/semantics/nonPublished

MSCAGR ( Soil Science) / Department of Soil Science / See the attached abstract below

No description available.

Thesis (MScConsEcol (Conservation Ecology and Entomology))--Stellenbosch University, 2008. / In the Mediterranean climate regions of the world, agricultural practices have caused considerable landscape transformation and lead to introduction of alien species that now dominate secondary succession on abandoned agricultural fields. Various restoration attempts have been made to reduce alien plant species cover, and to enhance the re-establishment and cover of native plant species. However, results and successes were mostly short-term due to re-growth and persistence of the weedy alien species, which has been suggested to be caused by land use history, especially the nutrient enrichment of soil, and particularly phosphorus and nitrogen. This study investigated different soil properties (pH, electrical conductivity (EC), soil moisture, as well as available phosphorus (P) and total nitrogen (N)) on 10 and 20 year old abandoned fields, as a function of depth in three habitats (ridge (old cultivated area), ditch (old drainage line) and slope (intermediate zone between ridge and ditch)) on the old fields. The relationship between these soil properties and the vegetation occurring on the two old fields was established. At the same time, restoration treatments (autumn burn, combination of autumn burn and herbicide, herbicide application alone, as well as spring burn) were conducted to reduce the cover and abundance of non-native plant species and Cynodon dactylon, and to enhance cover of native species. Results from the study show that levels of all investigated soil properties were higher on the younger field. The highest difference was observed in EC and pH. Seasonal differences in both soil properties could also be observed. A principal component analysis indicated that the dynamic of all soil properties shaped the vegetation type on old fields, with the main soil properties being dependent on land-use history and time since abandonment. This study suggests that EC and pH could be part of parameters that drive the persistence of undesirable species persistence on old fields and inhibit native plant species instead.

From the Proceedings of the 1971 Meetings of the Arizona Section - American Water Resources Assn. and the Hydrology Section - Arizona Academy of Science - April 22-23, 1971, Tempe, Arizona / The pre-Columbian Hohokam Indians occupied the major river drainages of central Arizona, and have been the subject of much intense archaeological research. Evidence indicates that the Hohokam began using river water for crop irrigation about 300 B.C., and modified and improved their irrigation systems over time, until the maximum extent of these systems was achieved about 900 a. D. Two types of water control seem to have been utilized: (1) the direct exploitation of rivers through the use of irrigation canals, (2) indirect use through controlled runoff within microdrainages at higher elevations before it reached the rivers. At first, probably only those parcels of land with optimal soils and drainage were used, but apparently population increases fostered by agriculture itself, combined with increasing social and political complexity, necessitated more and more exploitation of marginal lands. Eventually soil problems increased, imposing severe limitations on agriculture. These involved salt and alkali accumulation due to inadequate drainage, soil density and water logging. Additionally, the extension of cropping required the clearing of natural vegetation, which resulted in increased erosion and decreased available native food resources for periods when crops failed. The culture vanished completely about 1450 a. D., probably mainly because of their manner of river exploitation for irrigation. More recent archaeological studies are concentrating not only on river use but also on river abuse.

From the Proceedings of the 1974 Meetings of the Arizona Section - American Water Resources Assn. and the Hydrology Section - Arizona Academy of Science - April 19-20, 1974, Flagstaff, Arizona / Diatremes of Late Pliocene age in the Hopi Buttes area of Arizona are becoming increasingly important sources of groundwater to the Indian nations. These volcanic vent structures are prime sources of groundwater because sedimentary formations in the Hopi Buttes area yield only limited amounts of water or yield poor quality water. Diatremes act as traps for groundwater and some have yielded moderate amounts of good quality water to wells. Surface geologic investigations and analysis of drillers' logs indicate that structural relationships and diatreme lithology provide a means to project the hydrologic properties of the vent. Diatremes most suitable for groundwater development should have a diameter greater than one half mile, should contain volcanic tuff and breccia at its center, and should be fractured from collapse. Lava flows covering diatremes reduce recharge from sheet wash or from ephemeral stream flow. Data from geomagnetic and gravity surveys will be analyzed to determine its suitability for predicting subsurface size, shape, and lithology of the diatreme. The integration of geophysical and surface geologic data will reveal the total geometry of the structure enabling the most accurate appraisal of the hydrologic properties of the diatreme.

From the Proceedings of the 1976 Meetings of the Arizona Section - American Water Resources Assn. and the Hydrology Section - Arizona Academy of Science - April 29-May 1, 1976, Tucson, Arizona / The general hydrologic characteristics, selected climatic factors, and soil properties of the high-elevation grasslands are compared to the surrounding forest. Evidence shows that water yield could be increased by 1-1/2 to 2 inches if snow could be held where it falls. It may be possible to establish tree windbreaks in the grassland by altering the microclimate during establishment, and introducing mycorrhiza with the planted seedlings. This conclusion is supported by good survival in a 2-year planting trial.

No description available.

Land degradation has been a global agenda. It has been affecting both developed and developing nations (including Ethiopia). The overall objective of the study was to assess the impact of landscape restoration (including area closure) on the environment and farmers‘ livelihood in Hita-Borkena watershed, northeastern Ethiopia. Three Landsat images (1986, 2001 and 2015) were used to detect land cover dynamics. Laboratory analysis of selected soil physico-chemical properties were made to compare the soil properties of closed/restored and open grazing areas. Household questionnaire was administered to investigate environmental problems before and after landscape restoration, the role of area closure and different conservation measures, and the impact of the restoration on farmers‘ livelihood. A total of 255 household heads were selected randomly for the questionnaire survey. This survey was also substantiated by interviewing agricultural experts, observation and reviewing reports prepared by Kalu District Agriculture Office. Both descriptive and inferential statistics were employed to analyze quantitative data. Besides, qualitative approach was implemented in order to analyze qualitative data. The study found out that forestlands and shrublands shrunk through 1986 – 2015, grasslands expanded mainly due to the implementation of area closure under MERET project since 2001. The study revealed that better organic matter, total nitrogen, clay and silt contents, CEC and total porosity were recorded under area closure than under open grazing land. However, both available P and K were found minimum under the former land use type. This may be due to the reason that such nutrients exist more in unavailable form or it may be because of the fact that large amount of those nutrients are extracted by the restored vegetation. The study showed that rates of soil erosion, overgrazing and illegal cutting of trees were relatively higher before landscape restoration. The respondents also appreciated the positive role of land restoration in improving the fertility of the soils of the study watershed and then the positive impact to their livelihood. Based on the results of the study, it is recommended that similar restoration activities shall be implemented in similar environments in Ethiopia to improve both the environment and farmers‘ livelihood / Geography / Ph. D. (Geography)