Ziel der Arbeit war es, die Hypothese von CARNEY & ELSER (1990), dass unter mesotrophen Bedingungen die trophische Transfereffizienz vom Phytoplankton zum Crustaceenplankton maximal ist, in einem Ganz-Seen-Experiment zu überprüfen. Die Untersuchungen erfolgten im Rahmen des Projektes "Top-Down-Steuerung planktischer Biozönosen" am mesotrophen Großen Vätersee (Brandenburg). Die Fragen, welchen Einfluß das Crustaceenplankton auf die Primärproduzenten ausübt, wie die Primärproduzenten auf den Grazingdruck reagieren, und welche Verhaltensweisen der Crustaceen die Kopplungsstärke zu den Primärproduzenten oder den Prädatoren kausal beeinflussen, standen im Mittelpunkt. Primärproduktion (PPR) und Crustaceengrazing wurden in situ gemessen, Crustaceen-biomassen, -produktion und -verteilung bestimmt und mit den Daten der angrenzenden Teilprojekte in Beziehung gesetzt. Der prozentuale Anteil des Nanoplanktons an der absoluten PPR erreichte im Durchschnitt 52 %. Die Chl a spezifische PPR dieser Fraktion war signifikant positiv korreliert mit den effektiven Filtrierraten der Daphnien. Die spezifische PPR von Pico- und Netzphytoplankton blieb von den effektiven Filtrierraten unbeeinflusst. Die Blaualgen, Hauptbestandteil des Picoplanktons, stellten eine schlechte Nahrungsquelle für Daphnien dar. Dies zeigten Laborversuche zur Nahrungsqualität. Durch den hohen Beitrag des Nanoplanktons an der PPR bestand zwischen den Primärproduzenten und den Crustaceen eine starke Kopplung. 1998 betrug die Konsumtions-Transfereffizienz von den Primärproduzenten zu den Crustaceen 25 %. Im Vergleich dazu war der Anteil der Planktivorenkonsumtion an der Produktion der Crustaceen mit 14 % deutlich geringer. Die Konsumtion erklärte im Frühsommer während der hohen Verluste der Daphnien maximal 20 % der Mortalität. Kam es im Hochsommer zu höheren Abundanzen invertebrater Räuber, war deren Prädationsdruck hoch genug, die Daphnienpopulation auf niedrigem Niveau zu halten. Somit war der Top-down-Druck der Planktivoren auf die Daphnien sehr gering. Eine Nahrungskettensteuerung durch Besatz mit Piscivoren würde keine Verminderung der Mortalität der Crustaceen zur Folge haben, sondern eher den Fraßdruck auf Cladoceren durch erhöhte Abundanzen der invertebraten Räuber verstärken.

The Paleocene-Eocene Thermal Maximum (PETM) (55 million years ago) stands as the largest in a series of extreme warming (hyperthermal) climatic events, which are analogous to the modern day increase in greenhouse gas concentrations. Orbitally triggered (Lourens et al., 2005, Galeotti et al., 2010), the PETM is marked by a large (-3‰) carbon isotope excursion (CIE). Hypothesized to be methane driven, Zeebe et al., (2009) noted that a methane based release would only account for 3.5°C of warming. An isotopically heavier carbon, such as that of soil and C3 plants, has the potential to account for the warming and CIE (Zachos et al., 2005). During the early Eocene, high latitude surface temperatures created favorable conditions for the sequestration of terrestrial carbon. A large untapped terrestrial carbon reservoir, such as that within permafrost regions, contains the potential, if degraded, to account for the CIE as well as the global temperature increase observed during the PETM. Using an fully integrated climate model (GENESIS) with fully coupled vegetation model (BIOME4), we show that adequate conditions for permafrost growth and terrestrial carbon sequestration did exist during the lead up to the PETM. By calculating the flux of net primary production (NPP) and soil respiration (Rs), we demonstrate that the biodegradation of permafrost-based carbon reservoirs had the potential to drive the PETM. Furthermore, we show that the natural planetary response to unbalanced carbon reservoirs resulted in the terrestrial sequestration of atmospheric carbon via permafrost regeneration, yielding a vulnerable carbon reservoir for the subsequent hyperthermal.

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Artificial intelligence (AI) holds immense potential to revolutionize the global food system, driving sustainability, enhancing efficiency, and addressing food security challenges. However, the successful integration of AI in the food system demands a deep understanding of the complex interplay between technology, social factors, economic considerations, and ethical implications. This study explores the opportunities and challenges in implementing AI technologies within the Swedish food system, focusing on primary production. The research utilizes an expanded Socio-Technical System Theory (STST) framework, incorporating economic and ethical dimensions alongside the traditional social and technical levels. Literature review and semi-structured interviews provide insights into the dynamics of AI adoption in the Swedish context. The findings reveal that AI adoption in the Swedish food system is currently in the early adopter phase, with broad range applications. However, the study also uncovers significant barriers to widespread AI adoption, including the lack of suitable business models, fragmented data sharing infrastructures, and ethical concerns surrounding data privacy and ownership.  The analysis emphasizes the need for developing user-friendly interfaces, leveraging narrow AI applications, and establishing seamless data flow across the food value chain. The study contributes to the theoretical development of the Socio-Technical System Theory framework by demonstrating the importance of incorporating economic and ethical dimensions in understanding the complex dynamics of AI adoption in socio-technical systems. The findings also have practical implications for policymakers, industry actors, and researchers, emphasizing the significance of context-specific AI development, as well as the need for collaborative innovation processes. The research acknowledges its limitations, including the focus on primary production and the reliance on qualitative methods, and identifies potential areas for future research, such as comparative analyses across different food sectors and the use of quantitative approaches.  In conclusion, this study provides a timely and critical contribution to the understanding of AI's role and potential in transforming the Swedish food system. It indicates the need for developing suitable business plans, establishing data sharing platforms, and ensuring a harmonized data flow to harness the benefits of AI while navigating its challenges and risks, paving the way for a more sustainable and resilient food future. / Artificiell intelligens (AI) har enorm potential att revolutionera det globala livsmedelssystemet, driva hållbarhet, förbättra effektiviteten och hantera livsmedelssäkerhetsutmaningar. Men en framgångsrik integration av AI i livsmedelssystemet kräver en djup förståelse för det komplexa samspelet mellan teknik, sociala faktorer, ekonomiska överväganden och etiska implikationer. Denna studie utforskar möjligheterna och utmaningarna med att implementera AI-teknologier inom det svenska livsmedelssystemet, med fokus på primärproduktionen. Forskningen använder ett utökat ramverk för Socioteknisk Systemteori (STST), som inkluderar ekonomiska och etiska dimensioner tillsammans med de traditionella sociala och tekniska nivåerna. Litteraturöversikt och halvstrukturerade intervjuer ger insikter i dynamiken kring AI-antagande i svensk kontext. Resultaten visar att AI-antagandet i det svenska livsmedelssystemet för närvarande befinner sig i den tidiga antagandefasen, med breda tillämpningar. Studien avslöjar dock också betydande hinder för ett utbrett AI-antagande, inklusive bristen på lämpliga affärsmodeller, fragmenterade datadelingsinfrastrukturer och etiska bekymmer kring dataintegritet och ägande. Analysen betonar behovet av att utveckla användarvänliga gränssnitt, utnyttja smala AI-applikationer och etablera sömlösa dataflöden över hela livsmedelsvärdekedjan. Studien bidrar till den teoretiska utvecklingen av Socioteknisk Systemteori genom att visa vikten av att inkludera ekonomiska och etiska dimensioner för att förstå den komplexa dynamiken kring AI-antagande i sociotekniska system. Resultaten har också praktiska implikationer för beslutsfattare, branschaktörer och forskare, och betonar betydelsen av kontextspecifik AI-utveckling samt behovet av samarbetsinriktade innovationsprocesser. Forskningen erkänner sina begränsningar, inklusive fokus på primärproduktion och beroende av kvalitativa metoder, och identifierar potentiella områden för framtida forskning, såsom jämförande analyser över olika livsmedelssektorer och användningen av kvantitativa metoder. Sammanfattningsvis ger denna studie ett aktuellt och kritiskt bidrag till förståelsen av AI roll och potential i att transformera det svenska livsmedelssystemet. Den pekar på behovet av att utveckla lämpliga affärsplaner, etablera plattformar för datadelning och säkerställa ett harmoniserat dataflöde för att utnyttja AI fördelar samtidigt som man navigerar dess utmaningar och risker, och banar vägen för en mer hållbar och motståndskraftig livsmedelsframtid.

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A travers le monde, les zones côtières abritent une grande diversité d’ingénieurs de l’écosystème accomplissant des fonctions clés comme le recyclage de la matière organique et des nutriments. Les habitats résultants de l’activité biologique de ces espèces sont exposés à de nombreuses perturbations comme la surpêche, le piétinement ou via l’aménagement des côtes. Dans ce contexte, il est urgent de comprendre le fonctionnement de ces habitats ingénieurés et comment ils sont affectés par des perturbations croissantes. Pendant ma thèse, j’ai utilisé l’habitat récifal construit par le polychète grégaire tubicole Sabellaria alveolata comme cas d’étude. Tout d’abord, les changements environnementaux et biotiques associés à la mise en place d’un récif à S. alveolata et à sa perturbation croissante ont été évalué, se concentrant sur les paramètres du sédiment (e.g. granulométrie, contenu en matière organique) ainsi que la diversité taxonomique et les assemblages d’espèces. De manière similaire, le troisième article se penche sur le fonctionnement trophique de la communauté récifale et d’une communauté contrôle afin de comprendre les effets de la mise en place de l’espèce ingénieur sur les transferts de carbone, s’intéressant successivement à l’ensemble de la communauté des consommateurs, aux consommateurs primaires et à l’importance des sources de nourriture autochtones (microphytobenthos et Ulva sp.) vs allochtone (phytoplancton). Dans cette partie, j’ai utilisé les isotopes stables du carbone et de l’azote ainsi que différentes approches analytiques telles que des mesures de la niche isotopique et des modèles de mélange. L’article 2 a pour but de comprendre les interactions entre complexité de l’habitat récifal, hétérogénéité des sources de nourriture autochtones et échelles spatiales dans l’explication des variations du rapport isotopique du carbone de S. alveolata et d’un suspensivore associée. Dans les deux derniers chapitres, j’ai traité la question du fonctionnement de l’habitat ingénieuré de manière directe, en utilisant des incubations de carottes benthiques pour mesurer des flux biogéochimiques (e.g. demande en oxygène), ou indirecte, en utilisant des indices de diversité fonctionnelle et isotopique intégratifs. Cette dernière partie révèle l’existence d’un optimum de densité de S. alveolata, utilisée comme proxy des perturbations, où la niche trophique et le fonctionnement biogéochimique du récif sont tous les deux maximaux. / Coastal zones worldwide are home to a large diversity of ecosystem engineers that perform key functions such as the recycling of organic matter and nutrients. The habitats resulting from the biological activity of these species are exposed to numerous disturbances such as over harvesting and trampling or via coastal modification. In this context, it is becoming key to understand the functioning of these engineered habitats and how they are affected by increasing disturbances. During my PhD, I used the reef habitat built by the gregarious tubiculous polychaete Sabellaria alveolata as a study case. First, the environmental and biotic changes associated with the establishment of a S. alveolata reef and its increasing disturbance were assessed, focusing on sediment characteristics (e.g. grain-size distribution, organic matter content) along with taxonomic diversity and species assemblage. In the same vain, the third article looks into the trophic functioning of the reef community and a control community to understand the effects of the establishment of the engineer species on carbon transfers, successively looking at the whole consumer community, the primary consumers and the importance of autochthonous (microphytobenthos and Ulva sp.) vs allochthone (phytoplankton) food sources. In this part, I used carbon and nitrogen stable isotopes and different analytical approaches such as isotopic niche metrics and mixing models. Article 2 aims towards understanding the interactions between reef habitat complexity, autochthonous food source heterogeneity and spatial scales in explaining the carbon isotopic ratio variations of S. alveolata and an associated suspension-feeder. In the last two chapters, I address the functioning of the engineered habitat either directly, using benthic core incubations to measure biogeochemical fluxes (e.g. oxygen demand) or indirectly, through the use of integrative functional and isotopic diversity indices. This last part reveals the existence of an optimum value of S. alveolata density, used as a disturbance proxy, where the trophic niche and the biogeochemical functioning of the reef are both maximal.

Coccolithophores are unicellular microscopic algae (Haptophyta) surrounded by calcium carbonate plates that are produced during their life cycle. These species, whose contemporary contributor is Emiliania huxleyi, are mainly found in the sub-polar and temperate oceans, where they produce huge blooms visible from space. Coccolithophores are sensitive to ocean acidification that results from the ongoing accumulation of anthropogenic carbon dioxide (CO2) in the atmosphere. The response of these organisms to global change appears to be related to the reduction of their ability to produce calcium carbonate at the cellular level. At the community levels, one anticipates changes in the carbon fluxes associated to their blooms as calcification is reduced. However, the consequences of such environmental changes on this species are speculative and require improvements in the description of the mechanisms controlling the organic and inorganic carbon production and export.<p><p>The first aspect of this work was to study the response of these organisms to artificially modified CO2 concentrations representative of the conditions occurring in the past (glacial) and those expected by the end of the century (2100). Two different levels were examined: the continuous monospecific cultures (chemostats) allowed us to work at the cellular level while the mesocosms gave light to the mechanisms taking place in an isolated fraction of the natural community. The second aspect of this work consisted of field studies carried out during four cruises (2002, 2003, 2004 and 2006) in the northern Bay of Biscay, where the occurrence of E. huxleyi blooms were observed in late spring and early summer. We describe the vertical profiles of biogeochemical variables (nutrients, chlorophyll-a, dissolved inorganic chemistry, particulate carbon, transparent exopolymer particles (TEP)) and study processes such as primary production, calcification and bacterial production. The properties of these blooms are compared with those reported in the literature and enriched with original measurements such as the abundance and concentration of TEP that could play an important role in carbon export to the deep ocean, modifying the properties of the settling ballasted aggregates.<p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

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Les zones côtières ne sont prises en compte dans les budgets globaux de CO2 atmosphérique que depuis peu. Il s’avère que bien qu’elles ne représentent globalement que de faibles superficies, les flux de carbone et de nutriments y sont très significatifs à l’échelle globale. On sait peu de chose sur le comportement des écosystèmes lagunaires vis-à-vis du CO2 et, encore moins des zones intertidales où les échanges avec l’atmosphère ont lieu alternativement avec l’eau et le sédiment. Les objectifs de cette étude ont été d’une part, d’établir le bilan de carbone échangé entre la lagune d’Arcachon, l’atmosphère et le milieu terrestre, et d’autre part de mettre en relation ces flux avec la production nette de l’écosystème (NEP) afin de mieux caractériser le statut métabolique de celle-ci ainsi que les facteurs environnementaux clés. Pour cela, nous avons mis en place pour la première fois et à différentes saisons et stations, des mesures directes de flux de CO2 par Eddy Corrélation, une méthode fonctionnant en continu pendant l’immersion et l’émersion. En parallèle, les apports de carbone terrestre sous ses différentes formes ont été quantifiés par un suivi annuel sur 9 rivières alimentant la lagune. L’export total de carbone par le bassin versant à travers les eaux de surface des rivières est estimé à 116 t C km-2 an-1 dont 39% est exporté à la lagune sous forme organique dissoute (DOC) du fait de la prédominance de podzols dans le bassin versant. La forte minéralisation de la matière organique terrestre dans les sols et eaux souterraines sursature largement les eaux en CO2 et l’export sous forme de carbone inorganique dissoute (DIC) représente environ 21%. La formulation d’un modèle mathématique, le « StreamCO2-DEGAS », basé sur les mesures de pCO2, de concentrations et de compositions isotopiques en DIC a permis de montrer que 43% de l’export total de carbone était dégazé sous forme de CO2 depuis les rivières vers l’atmosphère, réduisant alors le flux net entrant dans la lagune à 66 t C km-2 an-1. Concernant la mesure de flux verticaux, l’analyse cospectrale ainsi que les résultats obtenus en adéquation avec les contrôles physiques et biologiques aux différentes échelles tidale, diurne et saisonnières, ont permis de valider la méthode de l’Eddy Covariance en zone intertidale. Sur l’ensemble de la période de mesures, les flux de CO2 étaient faibles, variant entre -13 et 19 µmol m-2 s-1. Des puits de CO2 atmosphérique à marée basse le jour ont été systématiquement observés. Au contraire, pendant l’immersion et à marée basse la nuit, des flux positifs ou négatifs ou proche de zéro ont été observés suivant la saison et la station étudiées. L’analyse concomitante des flux de CO2 et des images satellites du platier à marée basse le jour a clairement permis de discriminer l’importance relative des deux cycles métaboliques distincts des principaux producteurs primaires avec (1) les herbiers de Zostera noltii à cycle annuel long, dominant la NEP en été et en automne à la station la plus centrale et (2) les communautés microphytobenthiques, dominant la production primaire brute (PPB) au printemps à la même station et en automne au fond du bassin. Un recyclage rapide de cette production durant l’immersion et l’émersion a aussi clairement été mis évidence. Au vue des différents résultats, la technique d’Eddy Covariance utilisée en zone intertidale laisse envisager d’intéressantes perspectives en termes de connaissances sur les budgets de carbone et les processus écologiques et biogéochimiques dans la zone côtière. / The coastal zone is only taken into account since recently in global carbon budgeting efforts. Although covering globally modest surface areas, carbon and nutrient fluxes in the coastal zone appear significant at the global scale. However, little is known about the CO2 behaviour in lagoons and even less in intertidal zones where exchanges with the atmosphere occur alternatively with the water and the sediment. The purposes of this work are, on one hand, to establish the carbon budget between the Arcachon lagoon, the atmosphere and the terrestrial watershed and on the other hand, to link these fluxes with the net ecosystem production (NEP) and better characterize its metabolic status along with the relevant environmental factors. For the first time, CO2 flux measurements by Eddy Correlation have been carried out at different seasons and stations in the tidal flat. In parallel, the total terrestrial carbon export from river waters has been quantified throughout a complete hydrological cycle in nine watercourses flowing into the lagoon. The total carbon export from the watershed through surface river waters is estimated at 116 t C km-2 yr-1 on which 39% is exported to the lagoon as dissolved organic carbon (DOC) owing to the predominance of podzols in the watershed. Intense organic matter mineralization in soils and groundwaters largely over-saturate river waters in CO2 on which export accounts for 21% as dissolved inorganic carbon (DIC). The mathematical “StreamCO2-DEGAS” model formulation based on water pCO2, DIC concentrations and isotopic composition measurements permits to show that 43% of the total carbon export was degassed as CO2 from the riverine surface waters to the atmosphere, lowering then this latter to 66 t C km-2 yr-1. With respect to the CO2 flux measurements in the lagoon, cospectral analysis and the well accordance of results with physical and biological controls at the tidal, diurnal and seasonal time scales permit to validate the Eddy Correlation technique over tidal coastal zone. CO2 fluxes with the atmosphere, during each period, were generally weak and ranged between -13 and 19 µmol m-2 s-1. Low tide and daytime conditions were always characterized by an uptake of atmospheric CO2. In contrast, during the immersion and during low tide at night, CO2 fluxes where either positive or negative, or close to zero, depending on the season and the site. The concomitant analysis of CO2 fluxes with satellite images of the lagoon at low tide during the day clearly discriminate the relative importance of the two distinct metabolic carbon cycling involving the main primary producers, i.e. (1) the Zostera noltii seagrass meadow predominance on the NEP in autumn and summer in the more central station, with an annual cycling and (2) the microphytobenthos community predominance on the gross primary production (GPP) in spring at the same station and in autumn in the inner part of the bay where a rapid carbon cycling during the immersion and the emersion was clearly highlighted. The different results obtained with the Eddy Correlation technique over tidal flats opens interesting perspectives on the knowledge of the carbon budget and the biogeochemical and ecological processes within the coastal zone.