Abstract Rivers create unique habitat for aquatic life and provide ecosystem services for humans. Thus, degradation of river water quality is a serious, global problem. Water quality is the outcome of anthropogenic and natural landscape factors and the interaction of these two. To improve water quality, robust and quick methods are needed to study the complex, spatio-temporally dependent relation between water quality and environment conditions across extensive areas. This thesis aimed to study the relationship between water quality (total phosphorus and nitrogen, pH, water colour and dissolved oxygen) and environmental factors in boreal rivers combining grid-based data and statistical methods. The study comprised of 34 Finnish rivers with their catchments. First, the effect of natural and human-induced environmental factors on water quality was studied. Then, (a) the ability of the characteristics of different spatial scales around the river channel and under different discharge conditions to predict water quality was explored and (b) the suitability of the applied statistical methods (generalized linear and additive models, partitioning methods, non-metric multidimensional scaling) in water quality studies was evaluated. As expected, the results highlighted the impact of agricultural activities on water quality as nutrients and pH increased, together with the cover of agricultural activities. However, when studied as a group, natural factors explained water quality better than land use/cover. Lakes were strongly related to decreased nutrients and water colour. The effect of fine-grained soils on nutrients and pH was positive. In the scale studies, nutrients and water colour were best explained by the characteristics of the entire catchment but pH was mostly predicted by the characteristics of the 50 m riparian zone. The connection between water quality and environment was strongest during high-flow discharge periods. The results encourage the use of the applied methods, showing that the combination of grid-based data and advanced statistical methods provide an efficient first-filter estimate of water quality-environment relations. Spatial-based statistical modelling provides a crucial framework for river, water resources and land use management. The applied methods can also be seen as essential tools when predicting the impacts of global change on water quality. / Tiivistelmä Joet luovat vesielämälle ainutlaatuisen elinympäristön ja tarjoavat ihmisille ekosysteemipalveluja. Jokien vedenlaadun huononeminen onkin vakava, maailmanlaajuinen uhka. Vedenlaatua määrittävät luonnolliset ja ihmisen muokkaamat ympäristötekijät sekä näiden yhteisvaikutus. Vedenlaadun kohentamiseksi tarvitaan luotettavia ja nopeita menetelmiä, joiden avulla voidaan tutkia monimutkaista, alueellisesti ja ajallisesti riippuvaa yhteyttä vedenlaadun ja ympäristöolojen välillä laajoilla alueilla. Tässä väitöskirjassa oli tavoitteena tutkia vedenlaadun (kokonaisfosfori ja -typpi, pH, väriluku ja liukoinen happi) ja ympäristön yhteyttä boreaalisella vyöhykkeellä käyttäen paikkatietoaineistoja ja tilastollisia menetelmiä. Tutkimusalueena oli 34 suomalaista jokea valuma-alueineen. Ensinnäkin tutkittiin luonnollisten ympäristötekijöiden ja ihmistoiminnan vaikutusta vedenlaatuun. Tavoitteena oli myös selvittää, miten joen ympärillä olevien erikokoisten vyöhykkeiden ominaisuudet ja vaihtelevat virtaamaolosuhteet selittävät vedenlaatua. Lopuksi arvioitiin käytettyjen tilastollisten menetelmien (yleistetyt lineaariset ja additiiviset mallit, hajonnan ositusmenetelmät, ordinaatioanalyysi) soveltuvuutta vedenlaatututkimuksissa. Tuloksissa korostui odotetusti valuma-alueen maatalouden vaikutus vedenlaatuun. Ravinteiden määrä ja pH-luku kasvoivat maatalouden lisääntyessä. Muuttujien ryhmittäisessä tarkastelussa ympäristön luonnolliset ominaisuudet selittivät vedenlaatua maankäyttöä/-peittoa paremmin. Järvisyyden lisääntyminen oli yhteydessä ravinteisuuden ja väriluvun laskuun. Hienorakeiset maalajit olivat yhteydessä ravinteisuuden ja pH-luvun nousuun. Mittakaavatarkastelussa ravinteisuutta ja värilukua ennustivat parhaiten koko valuma-alueen ominaisuudet, mutta pH-lukua selittivät parhaiten ominaisuudet 50 m:n vyöhykkeellä joen ympärillä. Ympäristön ja vedenlaadun yhteys oli voimakkaimmillaan, kun jokien virtaamat olivat korkeimmillaan. Tämä väitöskirja osoittaa, että paikkatietoaineistojen ja sovellettujen tilastollisten menetelmien yhteiskäyttö tuottaa tehokkaita malleja vedenlaadun ja ympäristön välisestä yhteydestä. Spatiaalis-tilastollinen mallinnus tarjoaa tärkeän viitekehityksen jokien ja vesistöjen käytön sekä maankäytön suunnitteluun. Lähestymistapa voidaan nähdä myös tärkeänä välineenä ennustettaessa globaalimuutoksen vaikutusta vedenlaatuun.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / Thèse de doctorat effectuée en cotutelle au Département de Géographie Université de Montréal et à l'Institut Méditerranéen d'Écologie et de Paléoécologie Université de Droit, d'Économie et de Sciences d'Aix-Marseille 111 / La tourbière de Mirabel (basses terres du St-Laurent, Québec méridional) a été étudiée dans le but de préciser l'influence exercée par les différents paramètres autogènes et allogènes sur l'accumulation postglaciaire du carbone. (l) Les dynamiques végétales régionales révèlent un contrôle climatique général, modulé localement par le contexte paléogéographique, la physiographie et les processus écologiques. (2) L'histoire postglaciaire du climat régional fut reconstituée par la méthode des analogues modernes, contrainte par les fluctuations du niveau du lac Hertel (Mont St-Hilaire). Les résultats obtenus témoignent d'un important réchauffement entre 13 000 et 11 000 cal. BP, d'un optimum thermique autour de 8000 cal. BP, et de deux périodes sèches (10 000-6500 et 5000-3000 cal. BP). (3) Les dynamiques postglaciaires internes de la tourbière furent indépendamment reconstituées en trois dimensions par l'analyse pluridisciplinaire de sept profils. Ces derniers montrent des successions végétales similaires, conformes au modèle de terrestrialisation, mais asynchrones. Ils témoignent en outre de conditions de surface très humides avant 6700 cal. BP, suivies de nombreuses fluctuations asynchrones sur l'ensemble du site. L'accumulation du carbone présente en revanche des tendances similaires dans tous les profils, caractérisées par de fortes accumulations avant 6200 cal. BP (moyennes de 7.1 à 19.1 gC.m .an'1) et de faibles accumulations depuis (moyennes de 2.7 à 6.3 gC.m'2.an ). (4) Les différentes conditions postglaciaires du développement de la tourbière sont confrontées. L'accumulation du carbone paraît avoir été essentiellement contrôlée par les interrelations entre la physiographie (alimentation minérotrophe initiale) et les processus autogènes, qui ont progressivement isolé la végétation tourbigène de la nappe phréatique. Notamment, ni le climat, ni les feux ne semblent avoir joué de rôle significatif. / Mirabel bog (St. Lawrence lowlands, southern Quebec) was studied with the aim to specify the influences exerted by the different autogenic and allogenic parameters on postglacial carbon accumulation. (1) Regional vegetation dynamics reveal a general climatic control, locally modified by the palaeogeographical context, physiography and ecological processes. (2) The postglacial history of the regional climate was reconstructed by the modem analogues method, constrained by the water level fluctuations of Lac Hertel (Mont St- Hilaire). Obtained results provide evidence for an important climate improvement between 13 000 and 11 000 cal. BP, a thermal optimum around 8000 cal. BP and two dry periods (10000-6500 and 5000-3000 cal. BP). (3) Postglacial internal dynamics were independently reconstmcted in three dimensions by the multidisciplinary analysis of seven profiles. They show similar plant successions, conforming to the terrestrialisation model but were asynchronous. They moreover attest the occurrence of very humid conditions prior to 6700 cal. BP, followed by numerous asynchronous fluctuations throughout the site. By contrast, carbon accumulation presents similar trends in all proiïles, characterised by high accumulation rates prior to 6200 cal. BP (averages from 7.1 to 19.1 gC.m .year ) and low rates since this date (averages from 2.7 to 6.3 gC.m'2.year-l). (4) The different postglacial conditions of peatland development arc coirfronted. Carbon accumulation appears to have been essentially controlled by the interplay between physiography (initial minerotrophic supply) and autogenic processes, which progressively isolated the peat-forming vegetation from groundwater. Notably, neither climate nor fire seem to have played a significant role.

No Abstract Provided / Thesis / Bachelor of Arts (BA)