Yellow poplar (Liriodendron tulipifera L.) and loblolly pine (Pinus taeda L.), families 2-8 and 540, seedlings were fumigated with 0.07 ppm ozone, 0.06 ppm sulfur dioxide 0.07 ppm ozone + 0.06 ppm sulfur dioxide, 0.06 ppm sulfur dioxide + 0.10 ppm nitrogen dioxide and 0.07 ppm ozone + 0.06 ppm sulfur dioxide + 0.10 ppm nitrogen dioxide for 35 consecutive days, 6 hr/day. Control seedlings received charcoal-filtered air. Ozone or sulfur dioxide did not significantly affect height growth or dry weight of yellow poplar seedlings. All other treatments significantly reduced height growth and dry weight after 2 weeks of fumigation. Height growth effects of loblolly pine families were not repeatable from one year to the next in replicate experiments and weekly growth trends in the two experiments were reversed. Environmental factors related to time of year were thought to be involved with this growth trend reversal. Root dry weight was found to be a more sensitive indicator of air pollution stress than either shoot dry weight, height growth or visible symptoms. Loblolly families 2-8 and 540 were not found to be differentially sensitive to pollutant treatments. Loblolly pine seedlings, nonmycorrhizal and mycorrhizal with Pisolithus tinctorius, were fumigated with 0.07 ppm ozone and 0.06 ppm sulfur dioxide singly and in combination, 6 hr/day, for 35 consecutive days. Height growth of mycorrhizal and nonmycorrhizal seedlings was not affected by fumigation. Root dry weight of nonmycorrhizal seedlings was significantly reduced by all pollutant treatments in two replicate experiments. A similar reduction in root dry weight of mycorrhizal seedlings did not occur. Shoot dry weight of nonmycorrhizal seedlings was reduced in four of six pollutant treatments, and in one of six treatments of mycorrhizal seedlings. Mycorrhizal formation was extensive regardless of treatment. Apparent photosynthesis, measured every 4 days, was variable and significant differences among treatments did not occur. Total reducing sugar concentrations of roots were an inconclusive indicator of air pollutant stress. / Ph. D.

La maladie de la rouille foliaire du peuplier, causée par le basidiomycète Melampsora larici-populina (Mlp) cause des dégâts importants dans les peupleraies européennes. Le séquençage du génome de la souche 98AG31 de Mlp a ouvert de nouvelles perspectives pour l'identification de déterminants géniques impliqués dans le processus infectieux du champignon et notamment ceux codant des effecteurs fongiques capables de manipuler la structure et le fonctionnement de la cellule hôte pour assurer le succès de l'infection. L'analyse du transcriptome du champignon au cours des différentes phases du processus infectieux, basée sur l'utilisation de puces à oligonucléotides NimbleGen ou le séquençage massifs d'ESTs, a permis d?identifier des gènes marqueurs de la germination, de la phase de croissance biotrophe et de la sporulation du champignon. Nous avons notamment pu montrer l'induction importante de nombreux gènes codant des petites protéines sécrétées (SSPs) au cours de la phase biotrophe à 96 hpi heures post-inoculation (hpi) ainsi qu'au sein du parenchyme lacuneux à 168 hpi par microdissection à capture laser. L?analyse fine du sécrétome de Mlp, basée sur l'annotation, l'évolution et l'expression des gènes codant des SSPs a permis de mettre à jour des effecteurs candidats. Certains, spécifiquement exprimés in planta ou présentant des homologies de séquence avec des effecteurs de rouilles ont été localisés au niveau de l'haustorium. De manière intéressante, d'autre gènes candidats appartenant à des familles multigéniques sous pression de sélection positive, sont riches en cystéines, spécifiquement exprimés in planta et possèdent un motif de translocation potentiellement impliqué dans l'export de l'effecteur dans la cellule hôte. Ce travail d'analyse fine des effecteurs potentiels d'un agent de rouille à l'échelle génomique va contribuer à l'amélioration des connaissances sur la biologie de ces champignons biotrophes et contribuera à faciliter la recherche de nouvelles méthodes de lutte contre la maladie / The leaf rust disease caused by Melampsora larici-populina (Mlp) is the main disease affecting poplar plantations in Europe with severe economic losses. The recent sequencing of the genome of Mlp (strain 98AG31) opens new perspectives to identify key genes involved in the fungal infection process and particularly those encoding fungal effectors that could manipulate host cell structure and function to facilitate host colonization. Analysis of the rust transcriptome during time course infection of poplar leaves, based on NimbleGen oligoarrays and massive EST sequencing led to the identification of genes related to fungal germination, biotrophy and sporulation. A consistant induction of genes encoding small-secreted proteins (SSPs) was observed during the biotrophic growth at 96 hours post-inoculation (hpi) but also at 168 hpi in the palisade mesophyll using laser capture microdissection. Mlp Secretome analysis, based on annotation, evolution and expression of genes encoding SSPs helped in identifying candidate poplar rust effectors. Some, specifically expressed in planta or showing homologies with known rust effectors were localized around the haustorium. Interestingly, other candidate genes, belonging to multigenic families under diversifying selection are cystein-rich, specifically expressed in planta and harbour a translocation signal potentially involved in effector export inside host cell. This genome-wide analysis of putative fungal effectors will contribute to the general knowledge of rust biology and will help to set new approaches to prevent and control the disease

Le bois est un matériau complexe, hétérogène et anisotrope. Ses propriétés mécaniques varient fortement en fonction de l'essence et de l'échelle considérées. Pour mieux comprendre le comportement du bois en fonction de sa structure, nous proposons dans le cadre de cette thèse une étude expérimentale à l'échelle des tissus qui est réalisée sur plusieurs types de bois : bois de peuplier, y compris bois de tension et bois d'épicéa. Compte tenu des faibles dimensions des échantillons testés, les mesures de déformation sont effectuées « sans contact » afin de s'assurer de ne pas perturber l'échantillon en cours de l'essai.Les premières séries de mesures sont réalisées sur les trois zones (tendue, normale, opposée) et selon les 3 directions matérielles (longitudinale, radiale et tangentielle) d'une tige de peuplier inclinée. Les résultats obtenus permettent de comparer des comportements mécaniques du bois de peuplier dans toutes les zones considérées en fonction de ses propriétés microscopiques.Les deuxièmes séries de mesures sont réalisées en compression, grandes déformations, dans la chambre d'un ESEM (Microscope électronique à balayage environnemental) sur du bois feuillu (peuplier) et sur du bois résineux (épicéa). Grâce aux images obtenues en période d'essai, du domaine élastique jusqu'à la densification, la réponse de chaque type du bois à la même sollicitation est illustrée.Enfin, une partie de la modélisation numérique par la MPM (Materiel Point Method) est proposée dans notre projet envisagé comme prolongement de ce travail. Il permettra de simuler le comportement mécanique du bois en grande déformation. / Wood is a complex, heterogeneous and anisotropic material. Its mechanical properties are highly variable according to the species and scale considered. In order to better understand the behaviour of wood in relation to its structure, this PhD work proposes an experimental study at the tissue scale. This work is performed on several types of wood: poplar, including tension wood and spruce. Considering the small dimensions of the tested samples, a “non-contact” method is used to limit perturbations, therefore ensuring the measurement precision.The first series of measurements were realised in the three zones (tension, normal, opposite) and for the three material directions (longitudinal, radial and tangential) of an inclined poplar tree. The results obtained allowed us to compare the mechanical properties of poplar wood in all zones in relation to their microscopic features.The second series of tests were performed in the chamber of an ESEM (Environmental Scanning Electron Microscope) on hardwood (poplar) and softwood (spruce). With the images obtained during the test, from the elastic zone to the densification, the response of each type of wood to the same solicitation is presented and commented.Finally, some numerical modelling by the MPM (Material Point Method) is proposed as prospects of the present work. It will allow the mechanical behaviour of wood in large deformation to be predicted.

Diverse Studien deuten darauf hin, daß das wichtigste Instrumentarium für die Wirkung der Artenvielfalt auf die Funktionen eines Ökosystems die Nischen-Komplementarität ist, aber auch daß es sehr schwierig ist diese wechselseitige Ergänzung und ihre wesentlichen Mechanismen zwischen den Pflanzenarten zu verstehen. Der Grundgedanke der Nischendifferenzierung ist, daß individuelle Arten mit sich ergänzenden Nischen die in einem Ökosystem vorhandenen Ressourcen besser nutzen, um eine höhere primäre Produktivität zu erreichen als in Monokulturen. Darum haben wir uns auf die Unterschiede in der ober- und unterirdischen Verteilung von Kohlenstoff (C) und Stickstoff (N) zwischen Buche und Esche als ein Mechanismus der Nischendifferenzierung in Wäldern konzentriert. Die artenspezifische Rhizodeposition und der Stickstoffernährungszustand und die damit verbundene mikrobielle Aktivität spielen genauso wie die beteiligte Bodenfauna eine erhebliche Rolle im C und N Kreislauf des Baum-Boden Systems. Das Interesse der Forschungsvorhaben in den letzten Jahrzehnten bezog sich auf Laubwälder als wichtige Speicher für atmosphärisches CO2 und Baumarten die in der Lage sind diese Funktion zu verbessern. Derzeit haben wir umfassendere Kenntnisse über die Bedeutung von Streu von einzelnen Baumarten auf die Kohlenstoff- und Nährstoffdynamik im Laubwald als über wurzelbezogene Effekte. Wurzelbürtiger C und N werden in den Boden als Exsudate, Verlust durch Auslaufen oder zerfallendes Wurzelmaterial abgegeben. Hier regen sie einerseits mikrobielles Wachstum und Aktivität in der Rhizosphäre an und kontrollieren andererseits den C und N Umsatz in der Nahrungskette im Boden. Dennoch fehlt uns das Verständnis wie sich spezielle Arten auf die Menge des pflanzenbürtigen C und N auswirken und somit die Aktivität von Bodenorganismen in Laubwäldern der gemäßigten Zone beeinflussen. Aus diesem Grund erforscht diese Dissertation die Effekte von Buche und Esche auf den C und N Kreislauf und seine Dynamik im Baum und weiterhin den Zusammenhang zwischen Nährstoffen und Mikroben, mit Fokus auf Mycorrhiza und Bodenfauna. Die stabile Isotopenanalyse wurde vermehrt eingesetzt um C und N Nährstoffkreisläufe und ihre Struktur, Mengen und die zugrunde liegenden Mechanismen zu untersuchen, und sogar um Prozesse in natürlichen Ökosystemen im Fließgleichgewicht verfolgen zu können. Trotzdem ist diese Methode bisher noch nicht angewandt worden um die artspezifische C und N Dynamik in Laubwäldern in allen wesentlichen Kompartimenten ober- und unterirdisch zu beschreiben. Deshalb koordinierte ich ein Pulse Markierungsexperiment im National Park Hainich, bei dem 13CO2 und Ca(15NO3)2 auf das Laubdach von Buche und Esche aufgebracht wurde, um die C und N Verteilung von oben bis in den Boden genauer untersuchen zu können. Die Aufnahme und Verteilung von C und N in den verschieden Baumkompartimenten und der wurzelbürtige C und N in der Nahrungskette im Boden wurden 60 Tage lang untersucht. Buche assimilierte zweimal so viel 13CO2 wie Esche (20 bzw. 9%) und transportierte das aufgenommene C und N schneller in den Boden als Esche. Die von den Blättern aufgenommene Menge 15N (45%) war ähnlich in beiden Baumarten. Esche jedoch akkumuliert bevorzugt 15N und 13C in der Wurzel während Buche gibt mehr von dem anfangs assimilierten 13C und aufgenommenen 15N via Rhizodeposition an den Boden abgibt, welcher dann anschließend in der mikrobiellen Biomasse wieder gefunden werden konnte. Deshalb wurde auch mehr wurzelbürtiger N in die Bodenfauna unter Buche eingebaut als unter Esche, somit ist der Eintrag von Wurzelstickstoff in die Bodenfauna baumartspezifisch. Aufgrund der Tatsache, daß pflanzenbürtiger C und N in den Mesofauna Zersetzern wiedergefunden werden konnte, ist nicht nur bewiesen worden, daß ein C Transport von den Pilzen und der mikrobiellen Biomasse zu der nächst höheren trophischen Ebene stattfindet, sondern auch, daß die artspezifische Wurzel N Deposition einen Einfluss auf das Nahrungsnetz im Boden hat. Zusätzlich wurde die Tracer Wiederfindung im Boden und in der mikrobiellen Biomasse dreidimensional (vertikal und horizontal) bestimmt; diese zeigte horizontal eine homogene Verteilung bis zu 55 cm vom Stamm aber vertikal eine artspezifische Verteilung. Die Verteilung von13C und 15N war mit zunehmender Bodentiefe (0 - 30 cm) unter Buche abnehmend, doch Esche gab mehr 13C in die Tiefe von 10-20 cm in den Boden ab. Diese Ergebnisse reflektieren die Unterschiede in der Wurzelmorphologie von Buche und Esche und zeigten nochmals den Baumarteneffekt auf den C und N Kreislauf im Boden. Neben dem hauptsächlichen Feldversuch wurde ein Laborversuch durchgeführt. Dieses Experiment adressierte besonders den Baumarteneffekt auf die dazugehörigen mikrobiellen Gruppen, welche mit der 13CO2 Isotopenmarkierungsmethode an 1m hohen Buchen und Eschen identifiziert wurden. Die 13C Aufnahme in die Phospholipid Fettsäuen (PLFA) reflektierte, daß die Verwendung der Rhizodeposite von einzelnen mikrobiellen Gruppen stark von der Baumart beeinflusst wurde, obwohl die Struktur der mikrobiellen Gemeinschaft sich zwischen den untersuchten Baumarten nicht unterschied. Saprotrophe- und Ektomycorrhiza - Pilze von Buche und Esche – aber auch Arbuskuläre Mycorrhiza Pilze und gramnegative Bakterien unter der Esche – zeigten den Hauptteil des in den PLFA wieder gefundenen 13C. Von der pilzlichen PLFA C wurden innerhalb von fünf Tagen 30% durch das 13C aus der Rhizodeposition der Buche ersetzt und 10% aus der Rhizodeposition der Esche, freie assoziierte Bakterien hingegen tauschten nur max. 3% ihrer Membranfette aus. Das deutet darauf hin, dass die direkte Verteilung von C via Mycorrhiza-Symbiose sowohl die unterirdische Verteilung des C in Laubwäldern als auch die C Versorgung von Pilzen dominiert. Weiterhin hat sich die PLFA als eine geeignete Methode erwiesen, um Unterschiede im Kohlenstoffkreislauf von den Bäumen in die verschiedenen Mycorrhizaarten feststellen zu können. Die festgestellten Unterschiede in der 13C Aufnahme und Umsetzung von der ganzen Myco-Rhizosphäre beweisen auch, dass der Kohlenstoffkreislauf im Boden erheblich von der artspezifischen Rhizodeposition und den Verbindungen der Wurzel mit anderen Organismen abhängt. Beim Rezensieren der Rolle von Mycorrhiza in verschieden natürlichen Ökosystemen und der Mycorrhizaarten kam zum Vorschein, dass vermutlich die hohe C Verteilung zu den Pilzpartnern hauptsächlich durch den Phosphorkreislauf gesteuert wird, z.B. als Austausch von C gegen P (Phosphor). Demnach ist der Einfluss der Mycorrhizierung auf den Phosphorkreislauf ein Thema, welches weltweite Relevanz hat und nach mehr Aufmerksamkeit in der zukünftigen Forschung verlangt. Ich habe zwei 15N Pulsmarkierungsexperimente am Blatt durchgeführt um 15N in den unterirdischen Prozessen nach der Rhizodeposition verfolgen zu können. Dadurch konnte man diese Markierungsmethoden für die Produktion von hoch angereicherter Streu für weitere Zersetzungsstudien evaluieren. 15NH4Cl hatte eine höhere Aufnahme und eine homogenere Verteilung zwischen den Baum Kompartimenten in Buche und Esche zur Folge und deswegen ist sie geeigneter für Allokations-Studien. Beide 15N Tracer erlauben in situ Langzeit-Markierungsexperimente der N Rhizodeposition und Allokation im Boden, da sie keinen Schaden an den Blättern hinterlassen. Dennoch ist die Markierung der Blätter mit Ca(15NO3)2 im Vergleich zu 15NH4Cl die bessere Wahl, um hoch 15N angereichertes Blattstreu zu produzieren, da mehr des aufgenommenen 15N in den Blättern verbleibt für langzeitige Streu-Zersetzungs- und Umsatzstudien. Die artspezifische pflanzenbürtige C Allokation und vielleicht auch N Allokation impliziert einen Anstieg der mikrobiellen Aktivität. Das kann vermutlich zu einer höheren unterirdischen N Verfügbarkeit für Pflanzen führen und eine Erklärung für den positiven Effekt der Planzendiversität auf die Produktivität des Waldbestandes aufgrund von Nischen Partitionierung sein. Diese Arten – Nischen Partitionierung zwischen Bäumen könnte nicht nur die Produktivität in natürlichen Ökosystemen erhöhen, sondern auch die Produktivität von auf Holz basierenden Landnutzungssystemen. Deshalb wurde der Stickstoffkreislauf von einer Kurzumtriebsplantage mit einem Markierungsexperiment mit 15NH4NO3 und NH415NO3 an Weiden- und Pappelstecklingen untersucht. Das Experiment untersuchte die N Aufnahme und Allokation im Baum – Boden System von unten, mit Fokus auf die Biomasse und insbesondere auf die Holzproduktion in der anfänglichen Wachstumsphase. Die Weide zeigte keine Präferenz zwischen NH4+ und NO3ˉ, aber es konnte mehr NH4+ als bei der Pappel in den Baumkompartimenten gefunden werden. Die Pappel hingegen produzierte mehr Biomasse in der anfänglichen Wachstumsphase, dennoch ist die Weide möglicherweise die bessere Wahl wenn Nitratüberschuss auf Agrarflächen schnell in Biomasse umgewandelt werden soll. Weitere Experimente, die eine Verknüpfung zwischen pflanzenbürtigem N Eintrag als treibende Kraft für die Zersetzungsaktivität und die Stickstoffaufnahme vom Bodennahrungsnetz und der wachsenden Nachfrage nach Holz untersuchen, sind erforderlich, um die Hauptmechanismen in der Regulation des Stickstoffhaushaltes zu verstehen. Zusammenfassend vertieft diese Dissertation unser Verständnis über Auswirkungen einzelner Arten auf den C und N Kreislauf im Boden. Sie zeigt, dass die Rhizodeposition, die einem baumartspezifischen Einfluss auf den C und N Kreislauf unterliegt, im Besonderen die Aktivität bestimmter mikrobieller und pilzlicher Gruppen verstärkt. Die untersuchten Markierungsmethoden bedürfen weiterer Anwendung in anderen Waldökosystemen und Landnutzungssystemen wie z.B. dem Agroforest.

Le phytomanagement est un mode de gestion de sites et sols pollués émergent qui inclut la valorisation de la biomasse produite. Pour alimenter les retours d’expérience en conditions réelles et sur le long terme, deux essais de phytomanagement de 1 ha chacun (sites A et B) ont été mis en place à Fresnes-sur-Escaut (Hauts-de-France) en 2011/2012 sur un terrain de gestion de sédiments de curage contaminés par des éléments potentiellement toxiques ou EPT (Cd, Cu, Pb et Zn). Dans ce contexte, les travaux de thèse réalisés sur ces sites avaient pour objectifs d’étudier : (1) la dynamique et la performance des espèces végétales sélectionnées (Deschampsia cespitosa, peupliers Skado et I-214, saule Tordis et Inger), des plantes colonisatrices et envahissantes, (2) l’effet des amendements (inoculum de champignons mycorhiziens, amendement minéral basique) sur la mobilité des EPT dans le sol, sur l’accumulation des EPT dans les parties aériennes des plantes et impact sur la diversité microbienne des sols et des racines ligneuses.L’efficacité de l’espèce herbacée D. cespitosa pour le phytomanagement du site B a été démontrée. Tolérante aux conditions du site, cette plante a présenté de faibles concentrations en Cd, Cu et Pb dans ses parties aériennes et a formé un couvert dense et pérenne. La végétalisation du site A par des plantes colonisatrices était hétérogène avec une dominance de l’espèce Urtica dioïca.Sur les parcelles amendées et non amendées, les concentrations mesurées chez U. dioïca étaient plus élevées en Cd, Pb, Cu et Zn comparées aux mêmes plantes issues de sols non contaminés. Selon les calculs préliminaires de risques basés sur les concentrations mesurées dans les plantes herbacées enrichies en Cd et Zn, les risques liés à leur ingestion par les herbivores se sont avérés négligeables.Concernant les saules et les peupliers dédiés à la production d’énergie, de fortes concentrations en Cd et en Zn ont été mesurées dans les feuilles quels que soient les amendements. Ces feuilles peuvent représenter un risque pour les herbivores. Contrairement aux peupliers très tolérants aux conditions du milieu, une réduction de la croissance et du taux de survie des saules a été mesurée sur les parcelles amendées et non amendées en présence de D. cespitosa, liée à une forte compétition souterraine avec D. cespitosa. L’utilisation de tests écotoxicologiques a permis d’identifier d’autres facteurs dont la phytotoxicité du sol. Par ailleurs, aucun effet des amendements biologiques et chimiques n’a été observé sur la mobilité et la spéciation des EPT après 4 ou 5 années de phytomanagement. Leur effet sur le transfert des EPT était très variable en fonction des espèces, des niveaux de pollution et du temps. L’étude des communautés microbiennes dans les racines ligneuses a révélé un impact de la végétation herbacée et de la pollution mais aucun effet lié aux amendements n’a été observé. / Phytomanagement is an emerging approach that includes plant biomass valorization for the management of polluted soils and sites. To evaluate the long-term performance of this strategy at field scale, two phytomanaged sites of 1 ha each (sites A and B) were implanted in Fresnes-sur-Escaut (Hauts-de-France) in 2011/2012 at a dredged-sediment disposal site contaminated with potentially toxic elements or PTE (Cd, Cu, Pb et Zn). The thesis work is based on the study of the two sites with the following objectives: (1) study the dynamics of selected plants (Deschampsia cespitosa, Skado and I-214 poplars, Tordis and Inger willows), colonizing plants and invaders, (2) study the efficiency of amendments (mycorrhizal fungi inoculum, basic mineral amendment) on sediment PTE mobility, on aerial plant parts PTE accumulation and on the microbial diversity in soils and tree roots.The efficiency of the grass D. cespitosa for phytomanagement at the site B has been highlighted. The plant was tolerant to the site conditions, had low concentrations of Cd, Cu and Pb in shoots and formed a dense and perennial plant cover. At the site A, the herbaceous plant cover formed by plant colonists was heterogenous with a dominance of the species Urtica dioïca.In amended and non-amended plots, U. dioïca showed higher concentrations of Cd, Cu, Pb and Zn than the same plants from uncontaminated soils. According to risk calculations based on Cd and Zn concentrations, there was no risk related to the ingestion of these herbaceous plants by herbivorous animals. Concerning poplars and willows dedicated to energy production, high Cd and Zn concentrations were found in their leaves regardless of the amendments. These leaves may pose a risk for herbivorous animals. Unlike poplars which were very tolerant to the site conditions, willows showed a reduction of growth and survival rate in the amended and non-amended plots sown with D. cespitosa, because of belowground competition with D. cespitosa. Ecotoxicological tests revealed that soil phytotoxicity was also responsible of the willow growth reduction. Besides, the biological and chemical amendments had no significant effect on PTE mobility and speciation in soils after 4 or 5 years of phytomanagement. Their effects on PTE transfers in plants varied depending on the species, levels of pollution and time. The study of microbial communities in tree roots revealed that the herbaceous cover and soil pollution had a significant impact on microbial composition whereas the amendments did not affect the microbial communities.

Cette thèse a porté sur la détermination et l’étude écodynamique d’éléments traces métalliques sur des technosols fortement contaminés en métaux et metalloïdes en contexte de revégétalisation naturelle ou de phytoremédiation. Deux schémas d'extractions séquentielles ont été utilisés conjointement à des extractions sélectives en parallèle avec la détermination de la concentration totale dans les sols, de la concentration totale dissoute dans les eaux porales, du pool labile (sondes DGT) et des tests de germination avec des haricots nains pour étudier la spéciation, la mobilité et la phytodisponibilité de métaux et métalloïdes (Zn, Pb, Cd, As et Sb) pour les technosols de deux sites post-minier (La Petite Faye) et industriel (Mortagne-du-Nord). De plus de jeunes plants de P. euramericana Dorskamp ont été cultivés en rhizobox sur les technosols de Mortagne-du-Nord pour étudier l’effet rhizosphèrique sur la mobilité des métaux. Enfin l’effet de l’addition d’azote sous forme de nitrate et d’ammonium sur le comportement de ces métaux a été également étudié pour P. euramericana Dorskamp sur ces mêmes sols. Malgré les fortes concentrations totales en métaux et métalloïdes dans les sols du site de La Petite Faye, la mobilité de ces éléments potentiellement toxiques est limitée car associés à la fraction résiduelle. La phytodisponibilité est également limitée et corrélée avec le pool labile des technosols. La culture de P. euramericana Dorskamp a généré un effet rhizosphèrique caractérisé par une augmentation de la valeur du pH et la concentration de carbone organique dissout (COD) de la solution de sol ainsi qu’une diminution des concentrations totale dissoute des métaux (Zn, Pb et Cd) dans la solution de sol. L’addition d’azote sous forme de nitrate et d’ammonium a respectivement augmenté et diminué le pH de la solution de sol et dans le cas de l’ammonium a augmenté également le COD et stabilisé les métaux dans la rhizosphère par rapport aux sols de contrôle. / This thesis dealt with the determination and study of the ecodynamics of trace metals in technosols highly contaminated in metals and metalloids in the context of natural revegetalisation or phytoremediation. Two sequential extraction schemes were used jointly with selective extractions in parallel with the determination of the total metals concentration in soils, the total dissolved metals concentration in the soil pore water, the metals labile pool (DGT) and germination tests with dwarf beans to investigate the speciation, mobility and phytoavailability of (Zn, Pb, Cd, As and Sb) for technosols of two post-mining (La Petite Faye) and industrial (Mortagne du Nord) sites. Additionally, young plants of P. euramericana Dorskamp were cultivated in rhizobox on Mortagne du Nord technosols to investigate the rhizospheric effect on the mobility of metals. Moreover, the effect of nitrogen addition under nitrate and ammonium on the behavior of these metals has been investigated for P. euramericana Dorskamp for the same soils. Despite the high total metals and metalloids concentration in the La Petite Faye soils, the mobility of these potentially toxic elements is limited because of their association with the residual fraction. The phytoavailability is also limited and correlated with the labile pool of technosols. The culture of P. euramericana Dorskamp generated a rhizospheric effect characterized by an increase of the pH and concentration of dissolved organic carbon (DOC) in the soil pore water and a decrease in the total dissolved concentration of metals (Zn, Pb et Cd) in the soil pore water. The addition of nitrogen under nitrate or ammonium respectively increased and decreased the soil pore water pH and in the case of ammonium the DOC also increased and stabilized metals in the rhizosphere in comparison to control soils.

Terrestrial laser scanning (TLS) may provide a way to increase timber value recovery by replacing manual timber cruising with a simple-to-use, cost-effective alternative. TLS has been studied in several trials worldwide. Past studies have not compared TLS based estimates with mill estimates of stem value and volume. Three differently stocked stands of hybrid poplar were selected for diameter, stem sinuosity and height measurement using manual cruising and TLS. Selected trees were harvested and transported to a mill where they were scanned and then processed into lumber and chips. Data gathered using both manual and TLS methods were used to obtain stem volume and value estimates to compare with mill estimates. Results indicated that TLS diameter measurements were more accurately matched to mill and manual measurements up to about 7.5 meters on the stem than above 7.5 meters on the stem in all three stands. Stem curvature comparisons indicated that the variation between TLS and mill centerline measurements was similar to the variation between repeat mill scan measurements of the same stems. Using TLS as a pre-harvest inventory tool showed that additional revenue could be obtained from the reallocation of saw-log and chip log volume to veneer logs of various sizes in all three stands. It was also shown that the sampling error required to estimate stand value was greater than was required to estimate stand volume within the same error limits. / Graduation date: 2012

Lignocellulosic biomass (e.g., non food-based agricultural resides and forestry wastes) has recently been promoted for use as a source of bioethanol instead of food-based materials (e.g., corn and sugar cane), however to fully realize these benefits an improved understanding of lignocellulosic recalcitrance must be developed. The primary goal of this thesis is to gain fundamental knowledge about the surface of the plant cell wall, which is to be integrated into understanding biomass recalcitrance. Imaging mass spectrometry by TOF-SIMS and MALDI-IMS is applied to understand detailed spatial and lateral changes of major components in the surface of biomass under submicron scale. Using TOF-SIMS analysis, we have demonstrated a dilute acid pretreated poplar stem represented chemical differences between surface and bulk compositions. Especially, abundance of xylan was observed on the surface while sugar profile data showed most xylan (ca. 90%) removed from the bulk composition. Water only flowthrough pretreated poplar also represented difference chemistry between surface and bulk, which more cellulose revealed on the surface compared to bulk composition. In order to gain the spatial chemical distribution of biomass, 3-dimensional (3D) analysis of biomass using TOF-SIMS has been firstly introduced in the specific application of understanding recalcitrance. MALDI-IMS was also applied to visualize different molecular weight (e.g., DP) of cellulose oligomers on the surface of biomass.

Bei dem Begang einer Kurzumtriebsplantage bei Großschirma (Sachsen) im August 2011 fiel in einem 500 m x 25 m breiten Streifen der Sorte Max 4 starker Fraß durch Blattwespenlarven auf. Andere Sorten waren nur an den Randbereichen zu Max betroffen. Die Blattwespen hatten, von unten beginnend, 50 % bis 70 % der dreijährigen Pappeltriebe kahl gefressen. Der Hymenoptera-Experte Dr. A. Taeger vom Senkenberg-Institut in Müncheberg bestimmte die Art als Nematus papillosus (Retzius, 1783) (Syn. Nematus melanapsis Hartig 1840). 2012 breitete sich die Massenvermehrung rasch auf angrenzende Flächen aus und führte dort, vor allem in einem Mutterquartier, zu erheblichen Schäden.

University of South Florida field investigations in northwest Florida’s Apalachicola Valley have resulted in the relocation of some lost mounds from the Middle Woodland period (ca. A.D. 1 to 650) by trekking through the forest and consulting with avocationals and collectors. This thesis project was triggered by a collector’s donation of some Swift Creek pots and the attempt to relocate the mound from which they came. In the 1970s, Gardner and Nidy recorded this site, named Poplar Springs Mound, categorized as Middle Woodland due to its Swift Creek and Weeden Island pottery. The donated collection contained pottery of the Swift Creek Complicated-Stamped series, Weeden Island series, and a couple of anomalous Mississippian sherds. To see how this mound fit in with other Middle Woodland mounds of the valley, it was necessary to compile data for all of them and relocate as many mounds as possible through additional survey. Artifact types from these mounds, such as pottery, shell, bone, and exotic materials, and burial practices were tabulated and spatial distributions were plotted. The mounds are distributed along the banks of the main navigable waterways of the Apalachicola and Chipola Rivers, on smaller streams and along the Gulf Coast. Nearly all have both Swift Creek and early Weeden Island ceramics, except for three with only Swift Creek types and a single site with only Weeden Island types. The artifact distributions show stone, bone, and shell tools clustering close to the coast and the main waterways. This is also the case for exotic (nonlocal) raw materials and artifacts made from these materials. Copper is distributed mainly along the coast, while other exotics (i.e. mica, galena, hematite) are located along the coast and close to the main rivers. The tabulation of these data, along with the documentation of the Poplar Springs Mound collection, will help archaeologists to see the manifestation of Middle Woodland ceremonial activity in the Apalachicola Valley.