Background: Big data analytics (BDA) is important to reduce healthcare costs. However, there are many challenges. The study objective was high performance establishment of interactive BDA platform of hospital system. Methods: A Hadoop/MapReduce framework formed the BDA platform with HBase (NoSQL database) using hospital-specific metadata and file ingestion. Query performance tested with Apache tools in Hadoop’s ecosystem. Results: At optimized iteration, Hadoop distributed file system (HDFS) ingestion required three seconds but HBase required four to twelve hours to complete the Reducer of MapReduce. HBase bulkloads took a week for one billion (10TB) and over two months for three billion (30TB). Simple and complex query results showed about two seconds for one and three billion, respectively. Interpretations: BDA platform of HBase distributed by Hadoop successfully under high performance at large volumes representing the Province’s entire data. Inconsistencies of MapReduce limited operational efficiencies. Importance of the Hadoop/MapReduce on representation of health informatics is further discussed. / Graduate / 0566 / 0769 / 0984 / dillon.chrimes@viha.ca

The Service Path Attribution Network (SPAN) framework provides a novel, user-centric, connectivity-based approach to ecosystem service assessment and valuation (ESAV). Ecosystem services are delivered to users through the simulated flow of some service medium (i.e., matter, energy, or information) from the ecosystems in which it originates (sources) to the people or assets which it affects (users). Along the way, the service medium may be absorbed by intervening landscape features (sinks) or captured by rival users. Crucially, the service medium is not itself an ecosystem service or benefit but rather an agnostic transport mechanism which establishes connectivity between sources, sinks, rival users, and nonrival users within a delimited study region. Each user then receives benefits or harm from the encountered service medium depending on their specific relationship with it. For example, if surface water is the simulated service medium, it may increase productivity at a hydropower plant but damage farmers in floodplains by drowning their crops. In the SPAN terminology, sources provide provisioning ecosystem services to users with a beneficial relationship with the service medium. Similarly, sinks provide preventive ecosystem services to users with a detrimental relationship with the service medium by reducing the amount flowing to their locations. Notably, within a single SPAN analysis, both sources and sinks may provide ecosystem services given a sufficiently heterogeneous pool of users. The results of a SPAN ESAV analysis are myriad, totalling up to 30 output maps for some services. Taken together, these maps tell the story of which sources provide services to which users, which sinks protect users from harm, which users compete for the same resources (and who wins), and how all of the sources, sinks, rival users, and nonrival users affect one another. Additionally, a SPAN simulation produces maps of the flow paths taken by the service medium from sources to users as well as where and by how much the flow strength is reduced by sinks. Studying these flow paths can help decision makers identify those locations at which management actions would be maximized or minimized depending on their specific development goals. A crowning achievement of this work is that for most ecosystem services the SPAN algorithm's complexity is guaranteed to be linear O(n) in both time and space with respect to the number of discrete locations analyzed. This makes it a viable option for high resolution landscape level ESAV studies using no more than commodity hardware. This dissertation explores the SPAN framework in depth, from its novel conceptual terminology and computational algorithms through to the intended interpretation of its results. In addition to describing the conceptual and mathematical components of this system in detail, this work also provides a complete Literate Program demonstrating the application of the SPAN framework to an assessment of the scenic beauty ecosystem service in Chittenden County, Vermont.

Den första april 2015 trädde en författning i kraft som innefattar ett förbud mot utsläpp av toalettavfall från fritidsbåtar inom Sveriges sjöterritorium. Redan före denna författning var det obligatoriskt för fritidsbåtshamnar att ha mottagningsanordningar för avfall, inklusive latrin, från fritidsbåtar. Många hamnar och båtklubbar har därför sugtömningsstationer för att kunna ta emot latrin. Detta avfall förs sedan till avloppsreningsverk för behandling på samma sätt som hushållsavlopp. Hur båtlatrinet hanteras vid insamlingen skiljer sig dock mycket åt inom Sverige. Vissa sugtömningsstationer är kopplade direkt till det kommunala avloppsnätet, om placeringen tillåter det, medan andra har blivit nekade detta. En anledning till detta är osäkerheten beträffande latrinets volym och innehåll och därmed osäkerhet i dess påverkan på avloppsreningsprocessen. För att fylla dessa kunskapsluckor och undersöka latrinets påverkan på ekosystemet vid direktutsläpp utfördes denna studie som den första av sitt slag i Sverige. Studien innefattar provtagningar och volymsberäkningar och är en del av ett LOVA-projekt som ett samarbetsprojekt mellan Norrtälje kommun, Vaxholms stad, Värmdö kommun, Transportstyrelsen och Ecoloop AB. Inom studien utfördes under hösten 2016 provtagningar på latrin från fyra sugtömningsstationer i de deltagande kommunerna. Provtagningen visade på höga koncentrationer av näringsämnen, syreförbrukande ämnen och metaller jämfört med hushållsavlopp. Analys av ett urval kemikalier samt bakterier utfördes för att påvisa eventuell användning av sanitetsvätskor vilka används i båttoaletter för att förhindra dålig lukt ombord. På grund av motstridiga resultat och osäkerhet i använd analysmetod kan användning av sanitetsvätskor inte påvisas och vidare analys bör utföras. Hos de flesta avloppsreningsverk finns det möjlighet att tillföra båtlatrinet successivt och därmed späda ut det. Utspädningen förhindrar att det koncentrerade båtlatrinet hämmar de biologiska processerna utförda av mikroorganismer på avloppsreningsverken. Då båtlatrinet har en sammansättning som avviker från hushållsvatten kan det även hota ett avloppsreningsverks eventuella Revaq-certifiering som garanterar att slammet har en kvalitet som möjliggör återföring till skogs- och jordbruk. Att samla in latrin kan alltså ge upphov till att avloppsreningsverken inte klarar av sina åtaganden med avseende på reningskrav, men problemen om avloppet släpps ut till naturen kan vara ännu allvarligare. Stockholms skärgård ligger i Östersjön vilket är ett av världens mest påverkade hav med eutrofiering som ett av de största hoten. Utsläpp av båtlatrin bidrar till ökad eutrofiering då det är väldigt näringsrikt. Enligt en enkätundersökning utförd inom studien innehåller en medelstor septiktank 34 l båtlatrin. Detta motsvarar exempelvis ungefär 2,5 g fosfor och 50 g kväve. Beräkningar utgående från enkätundersökningen visade även att det idag samlas in ungefär 350 m3 latrin per år in i de deltagande kommunerna. Införandet av utsläppsförbudet motiverades från miljö- och hälsosynpunkt då det skulle minska tillförseln av näringsämnen och smittsamma bakterier till miljön. Båtlatrinets höga innehåll av näringsämnen och metaller kan bidra till miljöproblem vid utsläpp. Dess påverkan på miljön i relation till andra källor kan dock inte påvisas i denna studie. Hälsoaspekten är desto påtagligare då båtlatrinet innehåller en hög mängd bakterier. / The first of April 2015 a constitution came into force which comprises a prohibition of discharge of sewage from leisure boats in Swedish territorial waters. It was mandatory for leisure boat marinas already before this constitution to have waste reception facilities for waste, including sewage, from leisure boats. As a result of this many marinas and leisure boat clubs have pump out stations in order to receive sewage. This waste is then transferred to sewage treatment plants for treatment as household sewage. How the boat sewage is handled at the collection differs within Sweden. Some pump out stations are connected directly to the municipal sewer system, if the placing permits, while some have been denied to connect. One of the reasons for this difference is uncertainty about volume and content of the boat sewage and hence uncertainty in the effects it has on the sewage treatment process. This study was performed in order to fill these knowledge gaps and to investigate the impact of discharge on the ecosystem, as the first of its kind in Sweden. The study includes sampling and volume calculations and is part of a LOVA-project as a cooperation project between Norrtälje, Vaxholm and Värmdö municipalities, the Swedish Transportation Agency and Ecoloop AB. During the autumn 2016 four pump out stations within the participating municipalities were sampled as a part of the study. The analysis of boat sewage showed high concentrations of nutrients, oxygen consuming substances, and metals in comparison with household sewage. Analyzes of a selection of chemicals and bacteria were performed in order to demonstrate the possible use of sanitary fluids, which are used in toilets to prevent odors. Because of conflicting results and uncertainty in the analysis method used no detection of the use of sanitary liquids could be done and further analysis should be carried out. It is possible in most sewage treatment plants to add the boat sewage gradually and in that way dilute it. The dilution prevents the concentrated boat sewage to inhibit the biological processes performed by microorganisms in sewage treatment plants. The boat sewage can be a threat to the Revaq-certification of some sewage treatment plants. Revaq-certification guarantees that the sludge is of a quality that allows recycling to forestry and agriculture. Collection of boat sewage can cause sewage treatment plants to not meet their commitments in terms of treatment requirements, but the problems with discharge can be even more serious. Stockholm archipelago is located in the Baltic Sea which is one of the most affected seas with eutrophication as one of the greatest threats. Discharge of boat sewage contributes to eutrophication since it is very nutritious. According to a survey conducted within this study an average boat septic tank contains 34 l sewage. This is equivalent to for example 2.5 g phosphorus and 50 g nitrogen. Calculations based on the survey also shows that the total volume of boat sewage collected in pump out stations in the participating municipalities is 350 m3 per year. The introduction of the prohibition of discharge was motivated from an environmental and health point of view since it would reduce the supply of nutrients and infectious bacteria to the environment. The high content of nutrients and metals in the boat sewage would contribute to environmental problems when discharged. The impact on the environment in relation to other sources could not be shown in this study. The health aspect, on the other hand, is unmistakable since the boat sewage contains a high amount of bacteria.

Les concepts d’écosystèmes et de communautés sont centraux aux explications en écologie ainsi qu’à plusieurs débats environnementaux. Cependant, depuis l’introduction de ces concepts, leur statut ontologique est controversé (c'est-à-dire un écosystème a-t-il une existence à part entière au-delà de l’existence de ses parties constituantes?). Alors que certains favorisent une interprétation épistémique de ces concepts, d’autres défendent plutôt que ces unités écologiques fassent partie intégrante du monde naturel. Dans le cadre de ce mémoire, j’argumente que la meilleure manière d’appréhender cette question ontologique est de comprendre que les communautés ainsi que les écosystèmes sont des mécanismes. Plus précisément, je propose que les écosystèmes et les communautés soient des ensembles d’entités et d’activités organisés de manière à exhiber de manière régulière des phénomènes précis. Les entités sont les composantes de ces mécanismes (ex : espèce, niche écologique) alors que les activités sont les relations causales produisant des changements (ex : photosynthèse, prédation). Finalement, les phénomènes que ces mécanismes produisent sont les propriétés émergentes propres au niveau d’organisation des communautés et des écosystèmes (ex. : pH, Biomasse). En utilisant l’approche manipulationniste développée par James Woodward (2003, 2004, 2010), j’argumente qu’il est possible d’identifier les composantes causales des écosystèmes et des communautés ainsi que leurs relations. Puisqu’il est possible de manipuler empiriquement et de manière contrefactuelle de différentes manières les communautés et les écosystèmes (Penn 2003; Swenson et Wilson 2000), je conclus que nous pouvons affirmer de manière robuste (Wimsatt 2007) que ces entités existent réellement. / The concepts of ecosystem and community are central to ecological explanations. However, since the introduction of these concepts, their ontological status is controversial. Taking as a starting point the mechanistic explanatory theories in philosophy of science, I argue that ecosystems and communities are mechanisms. More precisely, I suggest that they are entities and activities organized in such a way as to exhibit regular and precise phenomenons (Machamer, Darden, Craver 2000). While entities are the components of the mechanisms (ex: species, ecological niche), activities are the causal relations that produce changes (ex: photosynthesis, predation). Finally, the interaction of the entities and the activities produce emerging properties that are unique to the community and ecosystem level (ex: pH, biomass). By using the manipulationniste theory of Woodward (2003) and the experimental results of Swenson and Wilson (2000), I argue that it is possible to identify the causal components of the ecosystems and communities and their relations to one another. Since it is possible to manipulate empirically and counterfactually ecosystems and communities, I conclude that they are real entities.

Temperate forests are complex ecosystems that sequester carbon (C) in biomass. C storage is related to ecosystem-scale forest structure, changing over succession, disturbance, and with community composition. We quantified ecosystem biological and physical structure in two forest chronosequences varying in disturbance intensity, and three late successional functional types to examine how multiple structural expressions relate to ecosystem C cycling. We quantified C cycling as wood net primary production (NPP), ecosystem structure as Simpson’s Index, and physical structure as leaf quantity (LAI) and arrangement (rugosity), examining how wood NPP-structure relates to light distribution and use-efficiency. Relationships between structural attributes of biodiversity, LAI, and rugosity differed. Development of rugosity was conserved regardless of disturbance and composition, suggesting optimization of vegetation arrangement over succession. LAI and rugosity showed significant positive productivity trends over succession, particularly within deciduous broadleaf forests, suggesting these measures of structure contain complementary, not redundant, information related to C cycling.

Le changement climatique est connu pour entraîner une redistribution spatiale des conditions climatiques et avec elle une migration des espèces vers les pôles et les sommets. De tels changements impliquent une réorganisation des communautés végétales dont la nature, l'intensité et le déterminisme sont encore peu connus. L'objectif de cette thèse est d'évaluer, à large échelle spatiale et sur de longs pas de temps, les changements de composition des communautés végétales forestières induits par le réchauffement climatique, ainsi qu'analyser les facteurs écologiques et géographiques contribuant à ces changements à l'échelle de l'espèce et des communautés. La réponse de la flore forestière vis-à-vis du réchauffement climatique a été étudiée à l'échelle du territoire français (~546000 km²) à partir de larges bases de données d'observations floristiques, de données environnementales mesurées et modélisées, et d'une approche modélisatrice basée sur le concept de niche écologique et sur le caractère bio-indicateur des espèces. Dans un premier temps, nous avons montré que le remaniement des communautés végétales a permis la compensation de 0.54°C du réchauffement climatique ayant touché les forêts de montagne entre les périodes 1965–1986 et 1987–2008 (i.e. +1.07°C) contre seulement 0.02°C pour les forêts de plaine (réchauffement = 1.11°C). Cette compensation partielle démontre l'existence d'une dette climatique de la flore induite par le réchauffement climatique. L'importance de cette dette en plaine par rapport aux montagnes provient probablement de l'effet combiné d'un déficit d'extinction et de migration des espèces en plaine conduit respectivement par une plus large tolérance thermique des plantes forestières sur cette zone et par une migration des plantes a priori (i) limitée par l'importante fragmentation des forêts de plaine et (ii) inférieure au déplacement des conditions thermiques en plaine. Les particularités écologiques et géographiques des forêts de plaine et de montagne nous ont amené à considérer deux types de menaces induites par le changement climatique : (i) l'attrition biotique en plaine, et (ii) la perte d'une biodiversité historique et spécifique en montagne (réduction de l'habitat des espèces alpines aboutissant à leur disparition) remplacée probablement par des espèces plus communes. Dans un second temps, les effets de facteurs abiotiques, biotiques et géographiques pouvant amplifier ou réduire les changements de distribution des espèces et de composition des communautés induits par le réchauffement climatique ont été caractérisés. [...] Suite et fin du résumé dans la thèse. / Climate change is known to cause a spatial redistribution of climatic conditions which is driving poleward and upward range shifts. Such shifts imply a reorganization of plant communities which is still poorly understood. Here we aimed to assess the changes in plant communities' composition induced by climate warming at a global scale and over a long time period, as well as to analyze the effects of ecological and geographical factors that contribute to these changes at the species and community levels. The response of the forest flora to the raising temperature has been studied across the French metropolitan territory (~546,000 km²) from large floristic databases, measured and modeled environmental data, and a modeling approach based on the concept of ecological niche and the bioindicator properties of plant species. First, we showed that the reshuffling of plant communities allowed to recover 0.54°C of the temperature increase between the periods 1965–1986 and 1987–2008 in highland forests (i.e. +1.07°C), while it recovered only 0.02°C in lowland forest (warming = 1.11 °C). This partial compensation demonstrates the current occurrence of a climatic debt in forest vegetation caused by climate warming. The high climatic debt observed in lowland forest compared to the highland one is likely due to extinction and migration debts caused by a wider temperature tolerance of plants in lowland communities and a plant migration capacity (i) limited by the high spatial fragmentation of the lowland forest habitat and (ii) shorter than the shift of thermal conditions in lowland areas, respectively. The ecological and geographical specificity of lowland and highland forests led us to consider two different threats induced by climate change: (i) biotic attrition in lowland areas, and (ii) loss of a specific and an historic biodiversity in highland forest (mountaintop extinction of alpine species due the surface decrease of their potential habitat) likely replaced by more common species assemblage (increase of generalist plants). Second, the effects of abiotic, biotic and geographical factors which can amplify or reduce the magnitude of both the species range shifts and the reshuffling of plant communities induced by global warming were characterized. Last and final summary in the thesis.

L’objectif du travail est la mise en place d’un pôle intégré d’excellence pour l’énergie solaire en Afrique de l’Ouest. Trois pays y ont été identifiés comme territoires d’expérimentation (Burkina Faso ; Côte d’Ivoire ; Sénégal). Les enquêtes de terrain dans ces territoires suivies d’une analyse de filière a permis de mettre en évidence les interactions entre les acteurs de la filière solaire dans les trois pays (pouvoirs publics ; recherche et formation ; entreprises ; société civile ; utilisateurs). La réalisation de matrices d’influences directes à partir des résultats de l’analyse de la filière solaire dans les pays a permis de comprendre le faible niveau de relations entre les acteurs interdépendants. Les résultats révèlent que les pouvoirs publics demeurent les acteurs dominants de la filière solaire dans les trois pays, malgré la faiblesse de leur volonté. Les entreprises privées et les organisations non gouvernementales sont des acteurs relais (entre les pouvoirs politiques et les utilisateurs) qui jouent un rôle d’installation d’équipements solaires et de développement de projets surtout en milieux ruraux. Les utilisateurs (consommateurs) de la filière solaire sont des acteurs « dominés » qui n’ont pas d’influence sur les autres acteurs notamment les pouvoirs politiques. La recherche et la formation dont les résultats se limitent à des formations théoriques ou des expérimentations non diffusées restent des acteurs isolés. Le pôle intégré construit permet de stabiliser, régulariser et faire circuler entre eux les connaissances produites et les capacités développées par les acteurs en interactions au sein d’un écosystème / The purpose of this thesis is the building an integrated excellence pole for solar energy in West Africa. Three countries have been identified as areas for experimentation (Burkina Faso; Cote d’Ivoire; Senegal). Field surveys in these territories and sector analysis allow highlighting the interactions among the solar sector actors in the three countries (political field, research and training, business, civil society, users). The realization of direct influence matrices from the results of solar energy sector analysis in the countries helped us to understand the low level of relationship among interdependent stakeholders.The results show that the public authorities are still the dominant players, despite the weakness of their willingness. Private companies and non-governmental organizations have a liaison role playing an essential task of solar equipment installation and projects development especially in rural areas. The users of the solar sector are dominated players without influence on the other players especially the public authorities. The research actors clearly appear as isolated: Their results are generally limited to theoretical courses, the conduct of experiments and prototypes that rarely reach public release phase. The constructed pole allows to stabilize, to settle and to make the produced knowledge circulate and the capacities developed by the actors in interaction within an ecosystem.

En Afrique Sub-Saharienne, les zones humides forment d'importantes zones de pâturages pour bon nombre de pastoralistes. Le régime d'inondation de ces plaines influence leur fonc tionnement et leur productivité. Pour comprendre et maitriser ces régimes, il est donc essentiel d'évaluer l'impact de l'infrastructure hydro-électrique sur les dynamiques d'inondations en aval des barrages. Pourtant, le manque de données disponibles, l'absence de modèles validés et la forte variabilité environnementale rendent cet exercice difficile. Cette thèse contribue à quantifier l'impact du changement des ressources hydriques sur la productivité fourragère des prairies inondables dans le Delta du fleuve Tana, au Kenya. 1/ Les caractéristiques de croissance et la productivité d'une prairie inondable à Echinochloa stagnina (Retz) P. Beauv. ont été déterminées pour différents régimes de fauche, d'irrigation et conditions d'inondations. Ensuite, un modèle de croissance adapté à des Graminées en C4, tropicales et pérennes, de prairies inondables a été développé. Il constitue, à notre connaissance, le premier modèle éco-physiologique adapté à ce type de prairies. 2/ Des processus hydrologiques importants pour le fonctionnement des écosystèmes (étendue, période, durée et fréquence d'inondation) ont été caractérisés grâce à un modèle de bilan hydrologique et à l'utilisation de techniques de télédétection, et cela en dépit de la faible instrumentalisation du bassin, du peu de données topographiques et d'un fort couvert nuageux. 3/ Une analyse préliminaire de l'impact de différents scénarios d'inondations sur la production fourragère a été effectuée en utilisant des indicateurs de services écosystémiques. Cette thèse participe à l'amélioration de nos connaissances des services écosystémiques des zones humides par la construction de modèles et par l'évaluation de scénarios dans une région du monde où ce type de données est rare. / Wetlands are a vital resource for many pastoralists in Sub-Saharan Africa as they provide dry-season grazing zones. As floods are essential for wetland ecosystems, the assessment of water abstraction and hydroelectric infrastructure on downstream flooding dynamics is crucial. Yet, scarce data, environmental variability and the lack of models make this challenging. This research contributes to quantifying the influence of changing water resources on fodder pro- duction of floodplain grasslands in the Tana River Delta, Kenya. 1/ Growth characteristics of floodplain grasslands of Echinochloa stagnina (Retz) P. Beauv. for different flood and manage- ment options were determined and a quantification of their productivity achieved. This kind of data is scarce for floodplain grasslands. A plant growth model adapted to tropical floodplain conditions and perennial C4 grasses was developed, and is the first known physiologically based model for floodplain grasslands. 2/ Hydrological processes of ecological importance (flood extent, timing, duration, frequency) were characterized in a poorly gauged basin using a water-balance model combined with remote-sensing techniques, despite precise knowledge of discharge rates, topography and a high cloud cover. 3/ A preliminary analysis explored different flooding scenarios and their impact on fodder production through the use of simple ecosystem service indicators. This PhD contributes to the repertoire of wetland ecosystem ser- vices by building biophysically based simulation models and exploring possible scenarios in a region of the world and an ecosystem where these type of evaluations are rare.

Le fonctionnement de l’écosystème forestier dans la haute vallée du Doubs, attestant le rôle déterminant du climat, permet par l’examen des conséquences des fluctuations climatiques sur une forêt climacique, de connaître la nature de la couverture forestière médiévale. Le milieu forestier que l’homme doit détruire pour s’installer résulte de la conjugaison d’une dynamique naturelle engagée depuis l’ère quaternaire et d’un impact anthropique progressif. Le lent processus de la colonisation depuis les premières traces de fréquentation mésolithique jusqu’au Moyen Âge, se confond avec l’essor des défrichements. L’histoire du peuplement du Haut-Doubs et du recul de la forêt dont le rythme épouse les vicissitudes démographiques dues aux guerres et aux crises du bas Moyen Âge, présente des singularités dans sa chronologie, les modalités des défrichements et la mise en valeur du territoire. Pourtant, cette forêt que l’homme abat reste une ressource nourricière vitale, source de matières premières et réserve énergétique indispensables aux activités quotidiennes et à un artisanat en essor. S’impose alors à l’homme confronté aux conflits d’intérêt liés à l’usage de la forêt, la nécessité de résoudre ce paradoxe qui consiste à devoir à la fois exploiter et détruire. Les mesures restrictives et les réglementations qui s’instaurent révèlent une prise de conscience relative face aux dangers qui menacent un équilibre écologique fragile, et au nouvel impératif de protection. Cette réalité présage des conflits et des problèmes ultérieurs dont l’homme contemporain est encore à chercher les solutions / In the Upper Doubs Valley, at the end of the Middle Ages, man simultaneously destroys forests to extend his agricultural space and uses trees as necessary raw materials and a key source of energy. This represents a paradoxical situation for which he must find solutions. In the Middle Ages, woods are indeed both shaped by nature and by mankind. This study first describes the natural wood environment of this era and examines the effect of climate on a land that is the result of a long evolution from the Quaternary period. Then, it studies the impact of man from the Mesolithic era to the Middle Ages. It analyzes the chronology of deforestation and its link to demography in the context of wars and various crises in the lower Middle Ages. Deforestation is studied in its political, social, technical and ecological aspects and the way the newly created farmland is used is analyzed. The forests that man erases in the lower Middle Ages remain however, a vital resource for him, in particular for the growing manufacture. Therefore, man needs to solve this contradiction (i.e. to destroy and to build) for the following reasons: first, logging is a source of social and political conflicts, then it is about to destroy a fragile ecological balance. The consequences are the creation of restrictions and laws that are significant of a need for him to protect the environment. This situation is the precursor of problems and conflicts that contemporary man is now facing and which he still tries to solve

En agriculture de conservation (AC), les résidus de cultures sous forme de paillis à la surface du sol associés à la suppression du travail du sol sont une composante intrinsèque des systèmes de culture. L'objectif principal de ce travail était de comprendre les effets de la nature et de la décomposition de mulch de résidus s sur les services d'approvisionnement et de régulation fournis par les sols dans les agrosystèmes en AC de régions tempérées (France) et tropicales (Madagascar et le Brésil). Des études expérimentales ont été réalisées pour obtenir des paramètres de décomposition pour une large gamme représentative de la qualité des résidus végétaux des agrosystèmes étudiés et pour tester et améliorer un modèle de décomposition des mulchs. Ensuite nous avons utilisé le modèle PASTIS_MULCH qui simule les biotransformations C et N et le transport de solutés dans les sols lors de la décomposition des mulchs.Pour la gamme de résidus de tiges testées, la rétention d'eau maximale a varié considérablement et ceci a été expliqué par les caractéristiques physiques du résidu. Avec les données obtenues par une série d'incubations de décomposition de résidus, nous avons proposé un ensemble de paramètres biologiques unique pour le module de décomposition CANTIS, simulant une large gamme de qualité des résidus de culture. L'étude expérimentale dans les colonnes de sol a montré que le mulch de maïs + dolique se décompose plus rapidement que mulch de blé + luzerne. Un régime de pluies fines et fréquentes augmente la décomposition du mulch par rapport à des pluies plus rares et plus fortes et cela est dû au maintien de l'humidité du mulch.Les simulations de scénarios avec PASTIS_MULCH ont montré que la pluie et les conditions d'évaporation classent les résidus de culture vis-à-vis de la décomposition lorsque ceux-ci sont placés en mulch à la surface des sols, tandis que les caractéristiques chimiques des résidus classent ceux-ci vis-à-vis de la décomposition lorsqu'ils sont incorporés. Aucune des situations étudiées pourrait être définie au vu des résultats de simulation comme étant adaptée à toutes les conditions pédo-climatiques et agricoles. / In conservation agriculture (CA), crop residues mulches are associated to reduction or suppression of soil tillage and are an intrinsic component of CA. The objective of this work was to understand the effects of nature and decomposition of crop residue mulches on the provisioning and regulating services of agrosystems provided by soils under temperate (France) and tropical (Madagascar and Brazil) conditions. Experimental studies were realized to get decomposition parameters for a large range of residue quality representative of the agrosystems studied and to test and improve a MULCH model. Then we used PASTIS_MULCH model which simulates the C and N biotransformations and solutes transport in soils during mulch decomposition.For a range of plant-stem residues tested, the maximal water retention varied greatly and was only explained by the physical features of the residue. With a series of decomposition incubations, we proposed a single set of biological parameters for CANTIS decomposition module, simulating a large range of crop residue quality. Experimental study in soil columns showed that maize+dolichos mulch decomposed faster than wheat+alfalfa mulch. Frequent and light rain enhanced mulch decomposition compared to infrequent and heavy rain and this was due to the mulch remaining wetter with frequent rain.The simulations of scenarios with PASTIS showed that rain and evaporation conditions ranked crop residues decomposition when placed as mulches while the residue chemical characteristics ranked crop residues decomposition when incorporated. None of the situations studied would be defined as suitable in all pedo-climatic and agricultural conditions.