Forest ecosystems in southern Quebec have been exposed to high levels of atmospheric acid deposition for many decades. American beech (Fagus grandifolia Ehrh.), an acid-tolerant species, is increasing in abundance in the sugar maple (Acer saccharum Marsh.) dominated forest of southern Quebec. I therefore hypothesized that beech is better adapted than sugar maple to access the soil Ca in these forests. In my thesis, I partitioned the source of soil Ca by horizon/depth for beech foliage at two sites of contrasting soil fertility using a Ca/Sr approach. The discrimination of Ca over Sr by beech was determined by sampling seedlings and their extended rhizosphere (n = 40) on sites with large differences in Ca and Sr supply, as well as Ca/Sr ratios. With the discrimination function determined (R2=0.5, p<0.05), a study was conducted to determine if leaf Ca/Sr was independent of the height of sampling. Trees were sampled at three different heights (3, 6, and 13 m). Leaf Ca/Sr was found to be independent of the height of sampling in both sugar maple and beech (p = 0.67). Mature beech trees were sampled on a poor sandy ridge in the Morgan Arboretum (n = 22) and in the Hermine watershed in the Lower Laurentians (n =18). At both sites, soils were acidic with decreasing fertility with depth and low Ca/Al ratios. Beech was found to take up soil Ca primarily from the F horizon on both sites (> 60%) and the contribution from deeper soil horizons generally decreased with depth. The more superficial uptake of Ca by beech compared to sugar maple could provide it with a competitive advantage in terms of nutrition which could explain in part its increasing dominance in the Quebec landscape. / La forêt du sud du Québec reçoit depuis plusieurs décennies des niveaux de déposition acide élevés. Le hêtre d'Amérique (Fagus grandifolia Ehrh.), une espèce adapté aux conditions de sol acide, a gagné en abondance dans la forêt du sud du Québec qui est dominé par l'érable à sucre (Acer saccharum Marsh.). J'ai donc émis l'hypothèse que le hêtre est mieux adapté que l'érable à sucre pour accéder au Ca du sol dans ces forêts. Dans ma thèse, j'ai partitionné la source de Ca du sol des feuilles du hêtre par horizon/profondeur à deux stations de fertilité différente au moyen de l'approche des ratios de Ca/Sr. La discrimination entre le Ca et le Sr par le hêtre a été déterminé en échantillonnant des semis avec leur rhizosphère (n = 40) sur des stations présentant des niveaux de Ca, Sr et Ca/Sr très différents. Une fois la fonction de discrimination établie (R2=0.5, p<0.05), une étude a été faite pour déterminer si les ratios de Ca/Sr dans les feuilles variaient avec la hauteur d'échantillonnage. Les arbres ont été échantillonnés à trois hauteurs (3, 6 et 13 m). Les ratios de Ca/Sr des feuilles s'est avéré indépendant de la hauteur d'échantillonnage chez l'érable à sucre et le hêtre (p = 0.67). Des hêtres matures ont ensuite été échantillonnés sur un sol sableux de l'Arboretum Morgan (n = 22) et dans le bassin de l'Hermine dans les Laurentides (n = 18). Les sols étaient acides avec des ratios Ca/Al bas aux deux stations et leur fertilité décroissait avec la profondeur. La source première de Ca pour les feuilles de hêtre est l'horizon F aux deux stations (> 60%) et la contribution des horizons plus profonds décroîent généralement avec la profondeur. L'absorption moins en profondeur du Ca du sol par le hêtre par rapport à l'érable à sucre pourrait être n avantage en terme de nutrition, ce qui pourrait expliquer en partie sa plus grande abondance dans les forêts du sud du Québec.

Nitrous oxide (N2O) emission from agricultural soils contributes to the greenhouse effect, depletion of the ozone layer, and acid rain formation. In laboratory studies, soil in contact with earthworms had significantly higher N2O production than soil devoid of earthworm activity. The elevated N2O production occurs via activation or priming of nitrifying and/or denitrifying microorganisms. Yet, field scale experiments have been inconclusive with respect to N2O fluxes attributed to earthworms. The objectives of this thesis were in the field to (1) determine the effect of elevated anecic and endogeic earthworm populations on N2O fluxes from legume and non-legume enclosures, and in the laboratory to (2) qualify the denitrification community and (3) quantify the denitrification rate of earthworm-related structures including the gut, casts, burrows and middens of the anecic Lumbricus terrestris. In the field study, elevated earthworm populations increased N2O fluxes significantly (P<0.05) in legume but not in non-legume enclosures. Anecic species appeared to have a greater effect on N2O fluxes. The linear regression model of the flux data and number of earthworms added was significant (P<0.05); on average earthworms emitted 335 ng N2O m-2 h-1 from the legume enclosures when soil moisture exceeded 60% water-filled pore space. In the laboratory study, a 454 pyrosequencing analysis on the diversity and phylogeny of bacterial nosZ gene fragments (encoding N¬2O reductase) revealed a set of 39 unique OTUs, of which 14 were found only in the earthworm gut. The earthworm gut appears to have a unique set of endemic denitrifying bacteria. An acetylene block assay revealed that the earthworm itself had the greatest denitrification rate of 2.67 g N2O-N g soil-1 h-1, which was significantly (P<0.05) greater than bulk soil and other earthworm structures except fresh casts. Fresh casts had a denitrification rate of 0.94 g N2O-N g soil-1 h-1 which was significantly (P<0.05) greater than the rate of aged cast and bulk soil. The set of unique gut denitrifiers is highly active due to the favourable conditions in the gut, including anoxia and quality substrate. When fresh, anecic earthworm related structures are important "hot spots" favouring the activity of soil denitrifiers. This thesis demonstrates the importance of earthworm-denitrifier interactions for N2O emissions, particularly in legume-based agroecosystems, which should be considered when developing predictive models of greenhouse gas emissions from agricultural soils. / Les émissions d'oxyde nitreux (N2O) provenant de sols agricoles contribuent à l'effet de serre, à la destruction de la couche d'ozone et à la formation de pluies acides. Des études en laboratoire ont démontré que, lorsque le sol est en contact avec des vers de terre, celui-ci présente des niveaux plus élevés de flux de N2O que lorsqu'il n'y a pas de verres de terre présents. Un taux élevé de N2O se produit lorsque les micro-organismes nitrifiants et/ou dénitrifiants sont activés. Pourtant, les études publiées sur les essais aux champs n'ont pas été concluantes quant aux niveaux de N2O attribuables à la présence de vers de terre. Les objectifs de ce mémoire étaient : (1) sur le terrain, de déterminer l'incidence des quantités élevées de vers de terre anéciques et endogés sur les niveaux de flux de N2O dans les chambres avec et sans légumineuses, (2) en laboratoire, de définir les agents bactériologiques dénitrificateurs, et (3) de quantifier le taux de dénitrification des structures associées aux vers de terre, incluant intestins, turriculés, tubes et tertres du ver de terre anécique Lumbricus terrestris. Selon les études effectuées sur le terrain, lorsqu'il y avait une présence accrue de vers de terre, les niveaux de N2O augmentaient de façon importante (P<0,05), mais seulement dans les chambres avec des légumineuses. Les espèces anéciques semblaient avoir un effet plus important sur les émissions de N2O. Le modèle de régression linéaire des données relatives aux niveaux de N2O et à la quantité de vers de terres ajoutés était significative (P<0,05) ; en moyenne, les vers de terre émettaient 335 ng N2O m-2 h-1 lorsque l'humidité du sol dans les chambres avec légumineuses excédait 60% de l'espace poral irrigué. Lors de l'étude en laboratoire, une analyse de 454 pyroséquençage portant sur la diversité et la phylogénie des fragments génétiques de la bactérie nosZ (codification de réductase de N2O) a révélé un ensemble de 39 unités taxonomique opérationel (UTOs) unique, dont 14 identifiées dans les intestins du ver de terre. Les intestins semblent contenir un ensemble unique de bactéries dénitrificatrices endémiques. Une analyse au blocage à l'acétylène a démontré que le ver de terre lui-même présentait le potentiel le plus élevé de dénitrification, soit 2,67 µg N2O-N g sol-1 h-1, valeur nettement supérieure (P<0,05) à celles du sol brut et des autres structures de vers de terre, à l'exception des turriculés frais. Les turriculés frais indiquaient un taux moyen de dénitrification de 0,94 µg N2O-N g sol-1 h-1, donc plus élevé (P<0,05) que le taux de turriculés vieillis et du sol brut. L'ensemble distinct de dénitrificateurs intestinaux est très actif de par leurs conditions favorables dans les intestins, dont l'anoxie et le substrat de qualité. Lorsque les structures de vers de terre anéciques sont fraîches, celles-ci deviennent des endroits propices favorisant la dénitrification du sol. Ce mémoire affirme l'importance de l'interaction entre les verres de terre et les microorganismes dénitrifiants quant aux émissions de N2O, en particulier dans les agroécosystèmes de légumineuses. Ces interactions devraient être prises en compte lors du développement de modèles de prévision des émissions de gaz à effet de serre provenant des sols agricoles.

The emergence of Integrated Water Resource Management (IWRM) coincides with the growth of watershed associations in Québec. As a collective entity of stakeholders, these watershed associations use collaborative efforts to achieve IWRM. First Nations are often cited as priority stakeholders. Despite this 'priority' recognition, First Nations are rarely present in this new paradigm shift in water management. This is the case in Québec's Outaouais and Chateauguay watersheds. However, identifying First Nation capacity strengths and limitations provides a greater understanding as to their absence from IWRM participation. First Nation capacity to practice IWRM requires greater research. The purpose of this study is to apply an analytical framework to assess the overall capacity of two First Nation communities to practice IWRM in the province of Québec. The capacities of Kitigan Zibi and Kahnawà:ke First Nations were evaluated with respect to actor networks, information management, human resources, and technical, financial, and institutional dimensions. This study recommends that future Québec IWRM initiatives with First Nation collaboration need to be directed towards strengthening actor networks capacity and understanding the complexity of First Nation perspectives. In addition, study results indicate First Nations with limited financial capacity will experience reduced actor networks, information management, human resources, and technical capacity. / Au Québec, l'apparition du concept de Gestion Intégrée des Ressources en Eau (GIRE) coïncide avec la croissance des comités de bassins versants. En tant qu'entité collective et multi-actrice, ces comités de bassins versant s'appuient sur des efforts de collaboration pour parvenir à gérer leurs ressources en eau de façon intégrée. Les Premières Nations sont souvent citées comme des acteurs prioritaires dans l'application de la GIRE. Pourtant, elles sont rarement présentes dans ce changement de paradigme de gestion de l'eau. C'est le cas pour les bassins des rivières Outaouais et Châteauguay au Québec. Cependant, identifier les forces et faiblesses du pouvoir d'action des Premières Nations permet de mieux comprendre leur absence dans ce nouveau mode de gestion des eaux. C'est pourquoi les recherches sur le pouvoir d'action des Premières Nations ont besoin d'être approfondies. L'objectif de cette étude est d'établir le cadre analytique permettant d'évaluer la capacité globale de deux communautés de Premières Nations à mettre en pratique le GIRE dans la province de Québec. Les Premières Nations Kitigan Zibi et Kahnawake furent étudiées en tenant compte des aspects tel que les réseaux d'acteurs, la gestion de l'information, les ressources humaines, et les capacités financières, techniques et de gouvernance. Un cadre analytique fut développé pour évaluer chacun de ces aspects. Cette étude recommande que les initiatives futures de collaboration avec les Premières Nations soient orientées vers le renforcement du réseau d'acteurs et, vers la compréhension de la complexité des perspectives des Premières Nations. De plus, cette étude démontre que les communautés des Premières Nations aux ressources financières limitées verront leurs ressources humaines et leur capacité technique réduites, et auront ainsi difficilement accès aux divers acteurs du réseau et, éprouveront plus de difficultés dans la gestion de l'information.

The global interest in vegetable oil is due to greater environmental concerns and increasing demand for renewable sources of energy in recent decades. In order to meet the growing demand for vegetable oil, oilseed production has increased globally, and needs to be further extended. In warm temperate regions of Canada, protein and vegetable oil are primarily produced by soybean, which is replaced by canola (Brassica napus) and field pea (Pisum sativum) in less temperate regions of western Canada. The objective of this research was to examine a variety of field pea accessions for the total lipid content in the seeds to create a comparable dual purpose (protein and oil) crop for western Canada. The research was initiated by validation of lipid extraction methods, and multiplication of 174 acquired pea accessions in 2009 and 2010 at McGill University (Quebec, Canada). Lipid extraction was carried out by the validated method (the butanol extraction procedure) presented in chapter 2 and applied to the seeds of pea accessions which were grown to maturity as presented in chapter 3. Lipid content ranged from 0.3 % to 6.3 % with the accession (p<0.0001), the year (p=0.0002) and the interaction of accession by year (p <0.0001) being significant factors on the total lipid production in pea seeds. Among the plant characteristics, which were investigated in the research, seed surface type (wrinkled as compared to smooth) had a significant effect (p= 0.001) on the total lipid production in the seeds. The data can contribute to the selective breeding of field pea accessions for specific traits suitable for lipid production / L'intérêt global dans l'huile végétal est due en partie aux problémes environnementaux et en partie à la hausse de la demande pour des ressources d'énergie renouvables ces dernières décennies. Afin de pouvoir répondre à cette hausse de besoin pour l'huile végétal, il y a eu lieu une hausse globale de la production de l'huile de graines, une hausse qui continue d'augmenter. Dans les régions tempérées chauds du Canada, les protéines et les huiles végétales sont produites surtout par les graines de soja. Dans les régions moins tempérées du Canada, les graines de soja sont remplacées par le canola et les pois. L'objectif de cette recherche a été d'examiner une variété de pois desquelles nous avons extracté les lipides afin de définir une variété destinée à produire une récolte à l'Ouest du Canada. Cette récolte de pois visant à: extraire les protéines et l'huile. La recherche a été initiée par la validation des méthodes d'extraction de lipides, et par la multiplication de 174 accessions de pois en 2009 et 2010 à l'Université de McGill (Québec, Canada). L'extraction de lipides a été effectuée par la méthode validée (la procédure d'extraction par le butanol) présenté au chapitre 2 et a été appliquée aux graines de pois d'accessions qui ont été produites jusqu'à maturité maturité (chapitre 3). La quantité de lipides variait de 0.3% à 6.3% selon l'accession (p<0.0001), l'année (p=0.0002) et l'intéraction d'accession par année (p <0.0001). Pour les autres charactérisques des plantes étudiées dans cette recherche, le type de surface des graines (ridée ou lisse) a eu un effet important (p= 0.001) sur la production totale de lipide dans les graines. Ces données peuvent contribuer à facilité la sélection des pois d'accession: en faveur de ceux qui ont un meilleur potentiel pour la production de d'huile végétale.

Performance of waste stabilization ponds and aerated lagoons greatly depends on their hydraulics. Flow visualization experimentation showed that, for basin with a 0.1-m wide open channel inlet, the change in Re from 210 to 1076 did not affect the location of the dead-water region in the middle of the basin. An increase in Re, from 12 to 24 in the presence of one baffle, and from 18 to 36, in the presence of two baffles, did not apparently affect the dead-water regions within the basin. However, in the case of one baffle, increase in Re resulted in an increase in the tracer arrival time at the outlet. It was found that an improvement of the basin's hydraulic behavior could be obtained if the outlet location was shifted towards the baffle, regardless of the Re value or the number of baffles. Two mathematical models were developed that performed better than existing reactor models of Plug Flow, Completely Mixed, Tanks in Series, and Dispersion models. The two models were developed on the basis of the visual observations made during the tracer flow patterns and residence time distribution curves. The first model simulates active and dead-water regions with an exchange of flow rate between them. The second simulates Plug Flow and Completely Mixed reactors in series, with a bypass flow joining the outlet of the Plug Flow reactor to the outlet of the overall system. The major factor to alter solids accumulation on the basin floor bed was aeration. A single aerator, installed on the basin floor bed, resulted in the redistribution of accumulation over the entire floor bed. The thickness of such accumulation did not apparently increase between two and four theoretical retention times. When aeration was not applied, the major effect on solids accumulation and distribution over the basin floor bed was that to Re. An increase in Re from 6 to 26 resulted in a proportional increase of the accumulation along the length of the basin. The inlet, placed to one side of the / Les caractéristiques hydrauliques des étangs de stabilisation et des étangs aérés ont une influence directe sur leur performance. La visualisation de l'écoulement démontra que, pour un bassin muni d'une entrée sous forme de canal ouvert de 0.1 m de largeur, le changement de Re de 210 à 1076 n'avait pas d'effets sur la localisation des régions stagnantes, sur la trajectoire de l'écoulement le long des côtés du bassin, ou sur le temps pris par le traceur pour arriver à la sortie du bassin. Une augmentation de Re, en présence d'une seule chicane, de 12 à 24, et de 18 à 36, en présence de deux chicanes, n'ont pas eu d'effets sur les régions stagnantes à l'intérieur du bassin. Cependant, en présence d'une seule chicane, cette augmentation de Re a augmenté le temps pris par le traceur pour arriver à la sortie. Une amélioration du comportement hydraulique peut donc être obtenue en déplaçant la sortie du bassin vers la chicane, et ce peu importe la valeur de Re ou le nombre des chicanes. Deux nouveaux modèles, développés dans cette étude, montrèrent une performance supérieure que les modèles connues pour l'écoulement à bouchon, à mélange homogène, par dispersion, ou en basins successifs. Les deux modèles sont basés sur la configuration de l'écoulement et la distribution des temps de séjour. Le premier modèle est formé de deux régions, une active et l'autre stagnante, avec un écoulement d'échange entre eux. L'autre modèle simule un écoulement à bouchon et un écoulement à mélange homogène, avec un écoulement de dérivation. Le facteur majeur qui altère l'accumulation des solides au fond du bassin est celui de l'aération. An aérateur placé au fond du bassin a entraîné la redistribution des accumulations sur la totalité du fond du bassin. L'épaisseur de cette accumulation n'a pas augmenté pour la période s'écoulant entre deux et quatre temps de séjour. En l'absence de l'aération, l'eff

Groundwater flow and microorganism (Cryptosporidium parvum, Escherichia coli and MS2) transport was simulated for a Riverbank Filtration (RBF) System in the Rio Grande de Manati region of Puerto Rico. MODFLOW 2000, a 3D saturated flow model, was used to simulate groundwater flow from the river to the wells in the riverbank. RT3D, a multi-species reactive model, was used to simulate microorganism transport. Both models required several parameters: (i) hydro-geological parameters were taken from previous research done in the study area, (ii) transport parameters (attachment coefficient and linear partitioning coefficient) were estimated based on sticking efficiency values reported in the literature. Colloid Filtration Theory was used for the estimation of the transport parameters. From the estimated parameters it was determined that microorganisms would show greater mass transfer from the aqueous to the solid phase at lower porosities. A 3-D grid was built to represent the study area. Groundwater flow output from MODFLOW 2000 showed a discrepancy of only 0.08% between inflow and outflow. MODFLOW 2000 generated inflow and outflow values matched values obtained in an earlier study at the same site, using MODFLOW 96. This indicated that the model's mass balance calculations were very good. RT3D used the flow results, obtained with MODFLOW 2000, to build the transport model. The river water microorganism load was set to a constant level of 100 microorganisms/L. On the basis of a 1000-days' simulation for C. parvum and E. coli, it was shown that the RBF system could provide safer water to the Rio Grande de Manati region. However, the virus analogue MS2 would reach the well after 900 days. Simulations also demonstrated that C. parvum's removal would be more effective, compared to that of E. coli or MS2. Four different scenarios — varying aquifer porosity, pumping rates, number of wells, and intermittent pumping — were simulated to evaluate thei / L'écoulement d'eaux souterraines et le transport de microorganismes (Cryptosporidium parvum, Escherichia coli and MS2) furent simulés pour un système de filtration de berge (FDB) situé dans la région de Manati de Rio Grande, au Porto Rico. Le modèle tridimensionnel d'écoulement en milieu saturé MODFLOW servit à simuler le ruissellement souterrain allant de la rivière vers des puits creusés dans la berge. RT3D, un modèle réactif plurispécifique servit à simuler le transport de microorganismes. Ensemble, les deux modèles exigèrent plusieurs paramètres: (i) les paramètres hydrogéologiques provinrent d'une étude précédente au même site, (ii) les paramètres de transport (coefficients d'attachement et de partitionnement linéaire) furent basés sur des valeurs d'efficacité d'adhésion rapportées dans la littérature. La théorie de filtration des colloïdes servit a l'évaluation des paramètres de transport. À partir de ces paramètres on peut prévoir qu'à des porosités moins élevées les microorganismes montreront un transfert de masse plus élevée entre la phase aqueuse et solide. Une grille tridimensionnelle fut établie pour représenter le secteur d'étude. Avec MODFLOW 2000, une différence de 0.08% exista entre l'apport et la sortie d'eaux de ruissellement souterraines. Les apports et sorties d'eau prédites par MODFLOW 2000 concordèrent très bien avec ceux obtenus lors d'une étude préalable au même site, indiquant l'exactitude des calculs de bilan massique du modèle. RT3D fonda son modèle de transport sur les valeurs de ruissellement souterrain calculé par MODFLOW. La charge microbienne de l'eau riveraine fut établie à un niveau constant de 100 microorganismes/L d'eau. Une simulation de 1000 jours pour C. parvum and E. coli, montra qu'un système FDB pouvait fournir une eau plus saine à région de Rio Grande de Manati. Cependant, l'analogue de virus, MS2, se rendrait au puits après 900 jours. Les simulations démo

Whole-cell bioluminescent biosensor Pseudomonas putida F1G4 (PpF1G4) was developed to produce a bioluminescent response to a wide range of hydrophobic organic compounds (HOCs). The main objective of this study was to characterize the luminescence response of PpF1G4 immobilized in silica gel and in inorganic membrane surfaces, and to compare the luminescence response to that for cultures of suspended PpF1G4 cells. Silica matrices were made by the sol-gel process, using aqueous precursors, and PpF1G4 cells were embedded in thin films of silica gel. The silica gels are chemically inert and optically transparent and proved to be a viable media for immobilizing PpF1G4 cells. Upon comparison of the results obtained for suspended PpF1G4 and PpF1G4 immobilized in silica sol-gel matrix, it appears that immobilized and freely suspended cells displayed similar bioluminescence profiles in response to HOCs exposure, but immobilized bacteria yielded a lower response level. The intensity of luminescence was several-fold higher, approximately 10 times, with use of suspended cells. In long-term experiments, the PpF1G4 biosensor immobilized in silica gel also proved to be viable over a relatively long period of time (5 days). PpF1G4 cells were also immobilized by filtering culture solutions through a transparent inorganic membrane. Such filters can effectively retain the cells in close proximity to the luminescence detectors during on-line monitoring, but as it was seen with the immobilized biosensor in a silica matrix, the magnitude of the light signal was significantly lower, about 4 times, compared to the light emitted by freely suspended PpF1G4 biosensor cells. While it is clear that cells immobilization is a convenient method for preparation of relatively long-lasting and reusable biosensors, key challenges are to further improve the sensitivity of the system and the reproducibility of the experiments, particularly with filter-immobilized PpF1G4 cells. / Le biocapteur bioluminescent Pseudomonas putida F1G4 a été développé pour produire un signal lumineux en réponse à une variété de composés organiques hydrophobes (COH). La présente étude avait comme objectif principal de comparer la réponse bioluminescente de bactéries PpF1G4 immobilisées dans un gel de silice et sur un filtre inorganique transparent à la réponse obtenue par ces mêmes bactéries en solution. Des matrices de silice ont été préparées selon le procédé « sol-gel », à partir de précurseurs aqueux, au sein desquelles les bactéries PpF1G4 ont été encapsulées. Les gels de silice présentent le double intérêt d'être chimiquement inerte et de conserver la viabilité des bactéries qui y sont immobilisées. Il a été observé que la réponse bioluminescent obtenue suite à l'exposition à différents OCH était plus faible (~ 10 fois) lorsque les bactéries PpF1G4 étaient encapsulées que lorsqu'elles étaient simplement en suspension. Par ailleurs, la courbe concentration-réponse des bactéries immobilisées et celle des bactéries en suspension présentent des profils similaires. Au cours d'expériences menées sur une longue période, le biocapteur PpF1G4 encapsulé dans le gel de silice a aussi prouvé qu'il pouvait ainsi conserver ses activités pendant environ 5 jours. Les bactéries PpF1G4 ont aussi été immobilisées par filtration à travers une membrane inorganique qui présente la particularité de devenir transparente lorsqu'humide. De tels filtres permettent en effet de retenir les bactéries à proximité du détecteur de luminescence pendant les essais. Bien que les résultats montrent que l'immobilisation de bactéries est une technique appropriée pour préparer des biocapteurs durables et réutilisables, il n'en demeure pas moins que des modifications sont nécessaires pour améliorer davantage la sensibilité du biocapteur et la reproductibilité des expériences, et ce plus particulièrement dans$

The Panama Canal Watershed (PCW) provides water to operate the Canal, generate hydroelectricity, and supply water provisions to the local and metropolitan populations. With a maxed-out water budget, however, this region has little room to accommodate the possible effects of unsustainable land-use changes or of climate change, both of which threaten to alter water flows and timings. On the other hand, the water storage capacity of the canal reservoirs, necessary for water use during the dry season deficit, is compromised by sedimentation – the result of erosion and landslides on mismanaged lands. Given this context, tools must be developed to support conservation and sustainable resource use planning, watershed management activities, and risk forecasting. The Soil and Water Assessment Tool (SWAT), a physically based semi-distributed simulation watershed model, is an instrument that meets these criteria. To assess the ability of SWAT application for use in the context of the PCW, the model was calibrated and validated for streamflow and sediment yield over a three year period (2004 – 2006) in the 75 km2 pilot study area of the Caño Quebrado River subbasin of the PCW, an area of burgeoning pineapple farms and with a history of cattle ranching. The model demonstrated exceptional performance for weekly average simulated streamflow and baseflow (all Nash Sutcliffe coefficients > 0.76 except for the baseflow validation period), generated little significant error, and demonstrated highly accurate predictions of annual cumulative water yield. Although SWAT was also able to simulate cumulative sediment yields with acceptable precision, the model was a poor predictor of monthly average sediment yield (calibration Nash Sutcliffe coefficient = 0.48). A qualitative and quantitative sensitivity analysis reveals that this is likely owing to the compound effects of a number of imprecise input parameters and data uncertainties, namely apropos the Modified Universal Soil Lo / Le Basin versant du Canal de Panama (BCP) fournit l'eau nécessaire pour le bon fonctionnement du Canal, pour générer de l'hydro-électricité et pour offrir de l'eau potable aux populations locales et métropolitaines. Avec un budget d'eau serré, la région a peu de moyens pour s'adapter aux effets possibles des changements d'utilisation de terre ou les effets prévus par les changements climatiques menaçant de changer les quantités et les chronométrages de l'écoulement d'eau. Par ailleurs, la capacité de stockage des réservoirs du canal, nécessaire pour l'utilisation d'eau pendant la saison sec, est compromise par la sédimentation produite principalement par l'érosion et les glissements, conséquences des terrains gérés de façon non-durable. Dans ce contexte, des outils s'avèrent indispensables afin de mieux conserver et planifier l'utilisation des ressources naturelles, ainsi que les activités de gestion du basin. L'un des ces outils est le model Soil and Water Assessement Tool (SWAT). Pour évaluer l'applicabilité de SWAT au contexte du BCP, le modèle a été calibré et validé en employant les données de l'écoulement d'eau et du rendement de sédiment au cours d'une période de trois années (2004 - 2006) dans le sous-bassin de la rivière Caño Quebrado, dont la superficie est de 75 km2 avec un secteur des fermes d'ananas éclosantes et de pâturage de bétail. Le modèle a montré une performance exceptionnelle pour la moyenne hebdomadaire de l'écoulement d'eau et de base simulé (tous les coefficients de Nash Sutcliffe > 0.76, sauf la période de validation de l'écoulement de base), a produit peu d'erreur significative, et a décelé des prédictions fortement précises de rendement cumulatif annuel d'eau. Bien que le SWAT soit capable de simuler des rendements du sédiment cumulatif sur une précision acceptable, le modèle prédisait médiocrement le rendement moyen mensuel de sédiment (le coefficient de Nash Sutcliffe pour la

The presence of pharmaceutical residues in water poses a serious treat to human health. The fate of many of these pharmaceuticals in the environment has not been thoroughly investigated. Sulfamethoxazole, sulfamethizole, trimethoprim and carbamazepine are among these pharmaceuticals with significant bioactivity that are considered to be persistent pollutants. The biodegradation of these compounds has been studied in this project in order to assess the fate of these pharmaceuticals in the environment. An easily degradable carbon source was added in these biodegradation experiments to optimize co-metabolism as a removal mechanism. Five microorganisms were used to determine if the selected drugs were biodegradable and, also, to identify the metabolites arising from their biodegradation. It was demonstrated that biodegradation occurred for sulfamethoxazole, sulfamethizole and carbamazepine. Trimethoprim showed a high resistance to biodegradation. It appeared that the microorganism Rhodococcus rhodochrous showed a particular ability to degrade the pharmaceuticals. The presence of metabolites was confirmed by HPLC and mass spectra analyses. / La présence de résidus de produits pharmaceutiques dans l'eau représente une sérieuse menace pour l'environnement et la santé humaine. Le devenir de ces produits pharmaceutiques dans l'environnement n'a pas été adéquatement étudié. Le sulfaméthoxazole, le sulfaméthizole, le triméthoprime ainsi que le carbamazepine sont parmi ces composés pharmaceutiques qui ont une importante bioactivité et sont considérés comme polluants persistants. Dans ce projet, la biodégradation des ces produits à été étudiée afin d'évaluer le devenir de ceux-ci dans l'environnement. Une source de carbone facilement biodégradable a été utilisé lors des expériences afin de stimuler le mécanisme d`élimination par co-métabolisme. Cinq microorganismes ont été utilisés afin d'évaluer la biodégradabilité des produits pharmaceutiques sélectionnés et aussi identifier les métabolites résultant de leur biodégradation. Il a été démontré que la biodégradation est survenue pour le sulfaméthoxazole, le sulfaméthizole ainsi que le carbamazépine. Le triméthoprime à quant lui démontré une forte résistance à la biodégradation. Le microorganisme Rhodococcus rhodochrous a démontré une habileté particulière à dégrader les produits pharmaceutiques. La présence de métabolites a également été confirmée par analyse HPLC et spectrometrie de masse.

Ecosystem services, the benefits that people receive from ecosystems, depend on the movement of organisms and matter across landscapes, as well as the biodiversity and ecosystem functions that are present. Human activities around the world are rapidly and significantly changing ecosystems, landscapes, biodiversity, and, ultimately, ecosystem services. This is particularly true in agricultural systems, where human activities to maximize the ecosystem service of food production often lead to the decline of other important ecosystem services. While we understand that ecosystem services are critical to human well-being, our current knowledge of the provision of ecosystem services across landscapes contains a number of significant gaps that limit our ability to manage for services and human well-being. In particular, we don't fully understand how changes in landscape structure – the composition and configuration of land use types – affect the provision of multiple ecosystem services.In this thesis, I explore the theoretical and empirical relationships between landscape structure, biodiversity, and ecosystem service provision. I first reviewed our current understanding of these links, finding that while we commonly assume that loss of connectivity between habitat patches in a landscape will have negative effects on ecosystem service provision, we have little empirical evidence that this is the case. In particular, we know little about how this landscape connectivity might simultaneously affect multiple ecosystem services, especially for services other than food, pollination, and pest regulation. I then empirically measured the effects of agricultural landscape structure, including forest fragment connectivity, on six ecosystem services in 34 soybean fields in the Montérégie of southern Québec, Canada. Both the isolation of forest fragments on the landscape, and distances within soybean fields from adjacent forest fragments, had significant effects on the provision of ecosystem services. Importantly, each ecosystem service showed distinct differences in its pattern of provision as these components of landscape structure varied. Therefore, landscape heterogeneity, the variety of forest and field types present in the landscape, was critical to ensure the provision of multiple ecosystem services. Investigating pest regulation in this landscape in more detail, I determined that field width and forest fragments are driving patterns of diversity and abundance for both beneficial and pest arthropods in this system. However, these patterns are contradictory between these two arthropod functional groups, resulting in inconsistent effects of landscape structure on pest regulation. Finally, using a simple modeling framework, I explored how changing the pattern of habitat loss across a landscape affects ecosystem service provision at different scales. My model reveals that the form of the relationship between habitat fragments and ecosystem services is critical in determining landscape patterns of ecosystem service provision. In addition, there are inherent tradeoffs between service provision in the agricultural matrix and habitat preservation, as well as mismatches between ecosystem service provision at different scales. However, altering the amount and pattern of habitat loss across the landscape can help mitigate these issues.Overall, my thesis indicates that understanding the connections between landscape structure, biodiversity, and ecosystem service provision will be a critical avenue of research, one that will improve our ability to design multi-functional human-dominated landscapes. Only by understanding how human activities and land use change affect ecosystem services can we generate management tools to maximize multiple ecosystem services at landscape scales. As human demand for ecosystem services and our impacts on natural systems continue to rise, this will be an increasingly important knowledge gap to fill. / Les services écologiques, les bénéfices que les gens tirent des écosystèmes, dépendent du mouvement des organismes et de la matière à travers le paysage, ainsi que de la biodiversité et des fonctions écosystémiques qui y sont présent. Les activités humaines sont en train de changer rapidement les paysages, la biodiversité et les services écologiques. Ceci est particulièrement vrai dans les systèmes agricoles, où les activités humaines afin de maximiser la production alimentaire conduisent souvent à la diminution d'autres services. Bien que nous comprenions que les services écologiques sont essentiels au bien-être humain, notre connaissance actuelle de la fourniture des services contient encore certaines lacunes qui limitent notre capacité à gérer ces services. En particulier, nous ne comprenons pas entièrement comment les changements dans la structure du paysage affectent la fourniture de multiples services.Dans cette thèse, j'explore les relations entre la structure du paysage, la biodiversité, et l'approvisionnement des services écologiques. J'ai d'abord fait une revue de la littérature pour comprendre nos connaissances actuelles de ces liens, et en constatant que généralement la littérature supporte le fait que la perte de la connectivité dans un paysage aura des effets négatifs sur les services, mais que nous avons peu de preuves empiriques. En particulier, nous savons peu sur la façon dont cette connectivité peut affecter simultanément de multiples services, en particulier pour les services autres que la production de nourriture, la pollinisation, et la régulation des ravageurs. J'ai ensuite mesuré les effets de la structure du paysage agricole, y compris la connectivité des fragments de forêt, sur 6 services écologiques dans 34 champs de soya de la Montérégie au sud du Québec, Canada. L'isolement des fragments, et la distance à partir de fragments adjacents dans les champs ont eu des effets significatifs sur les services. Chaque service a été caractérisé par un motif de provision différent avec les configurations variées de ces deux composantes de la structure du paysage. Par conséquent, l'hétérogénéité du paysage, la variété des types de forêt présents et les types de champs agricoles, sont essentielles pour assurer la fourniture de multiples services. En regardant en plus de détail la régulation des ravageurs, j'ai déterminé que la largeur de champ et la présence des fragments de forêt sont des facteurs déterminants pour la diversité et l'abondance des arthropodes bénéfiques et nuisibles. Cependant, le motif des arthropodes bénéfiques est contradictoires avec celui des arthropodes nuisibles, entraînant des effets de la structure du paysage sur la régulation des ravageurs qui sont inconsistants. Dernièrement, à l'aide d'un cadre de modélisation, j'ai exploré comment changer les motifs de perte d'habitat dans un paysage affecte la fourniture de services écologique à différentes échelles. Mon modèle révèle que la forme de la relation entre les fragments d'habitat et des services est essentielle à la determination de l'approvisionnement de services sur le paysage. De plus, il y a des dissonances entre la prestation de services à différentes échelles. Cependant, la modification du motif de la perte d'habitat peut contribuer à atténuer ces problèmes.Dans l'ensemble, ma thèse indique que la compréhension des liens entre la structure du paysage, la biodiversité, et les services écologiques sera un élément critique de la recherché qui permettra d'améliorer notre capacité à concevoir des paysages multifonctionnels. C'est seulement en comprenant comment les activités humaines et l'utilisation des terres affectent les services écologiques que nous pouvons générer des outils de gestion qui maximise les multiples services à l'échelle du paysage. Comme la demande pour les services écologiques et nos impacts sur les systèmes naturels continuent d'augmenter, ce sera un manque de connaissances de plus en plus important de remplir.