Quantification of ecosystem services (ES) – the benefits that people obtain from ecosystems – can be valuable for managing multifunctional landscapes and promoting practical conservation measures. However, despite extensive academic attention, actual implementation of ES assessment for management has been limited. Consistent measurement methods and accurate modeling tools are crucial to support successful ES-informed management strategies and ensure the confidence of managers and policy makers in the ES framework. In this thesis, I present two major impediments to ES operationalization, and propose measures to mitigate them. First, a case study reviewing the methods used to measure pollination ecosystem services highlights the extreme variability in approaches to quantifying a single ES. Across 121 studies, 62 unique combinations of indicators were used, suggesting that no accepted conventions or standards are directing indicator selection. This lack of consistency impairs our ability to compare results across studies, and may lead to ineffective ES-based management. In addition to issues associated with ES indicators, quantification using ES models can also be problematic. The models most often used to estimate ES use landuse/landcover (LULC) datasets as their primary inputs, and rely on information about the LULC composition, characterizing the type and amount of each LULC class, without regard for the spatial distribution of the LULC classes. Projections based primarily on composition, however, have been shown to poorly represent service provision. Estimates derived from composition neglect the critical role of landscape configuration (spatial arrangement of LULC types) in the flow and quality of benefits, assuming that two equally sized units of a given LULC type produce the same magnitude of each service, regardless of characteristics such as shape or connectivity with other similar patches. To investigate the relative importance of these spatial attributes in the relationship between LULC and ES provision, I calculated landscape metrics characterizing both landscape configuration and composition, along with provision of 10 ES for 136 municipalities in Southern Quebec. I used structural equation models to combine statistical relationships with hypothesized causal pathways and identify mechanisms and interactions responsible for observed relationships. The proportion of all model-explained variation that was attributable to configuration exceeded that of composition for seven of ten ES. The higher relative influence of configuration suggests that models incorporating LULC information beyond composition can provide more reliable projections to contribute to management and policy decisions. Since landscape configuration can be manipulated independent of changes in composition, ES models that incorporate configuration can be used both to more accurately quantify ES provision and to identify scenarios that minimize environmental impacts of LULC change, simply by altering the spatial pattern of planned changes in land use. The ES framework has potential to support more efficient and effective environmental management. However, in order to move forward within this rapidly growing field and make ES practical for use in management, it is critical to adopt strategies to properly measure and model ES, such as those proposed in this thesis. / La quantification des services écologiques (SE), définie comme les avantages que les gens tirent des écosystèmes, peut être utile pour la gestion des paysages multifonctionnels ainsi que pour promouvoir des mesures pratiques de conservation des écosystèmes. Toutefois, en dépit de l'attention des universitaires, une mise en œuvre efficace de l'évaluation des SE, dans le cadre de la gestion sur le terrain, a été limitée. Des méthodes de mesure cohérentes et des outils de modélisation précis sont essentiels pour favoriser l'implémentation des stratégies de gestions informées par les SE et pour s'assurer de la confiance des gestionnaires et des politiciens dans l'utilité du concept des SE. Dans cette thèse, je présente deux obstacles majeurs à l'opérationnalisation des SE et je propose des mesures pour atténuer ces obstacles. Tout d'abord, je présente une étude de cas sur les méthodes utilisées pour mesurer le service écosystémique de pollinisation dans la littérature. Cette étude souligne l'extrême variabilité dans les approches de quantification d'un seul SE. À travers les 121 études, 62 combinaisons uniques d'indicateurs ont été utilisées, ce qui suggère qu'il n'y a pas de conventions acceptées ou de normes pour diriger la sélection des indicateurs. Ce manque de cohérence nuit à notre capacité de comparer les résultats entre les études, et peut conduire à une gestion inefficace basée sur les SE. Deuxièmement, la quantification utilisant des modèles de SE peut également être problématique. Les modèles les plus souvent utilisés pour estimer les SE proviennent des bases de données sur l'utilisation actuelle des terres/le couvert terrestre (UT/CT) comme entrée de données primaires, et s'appuient sur des informations sur la composition UT/UC, caractérisant le type et la quantité de chaque classe UT/UC, sans égard à la répartition spatiale des classes de UT/UC. Cependant, il a déjà été démontré que les projections fondées principalement sur la composition représentent mal la provision de SE. Les estimations basées sur la composition du paysage néglige le rôle critique de la configuration du paysage (l'arrangement spatial des classes de UT/UC) dans le flux et la qualité des prestations de SE, car les estimations supposent que deux unités de même taille, d'un type d'UT/UC donné, produisent le même ordre de grandeur de chaque service. Afin d'évaluer l'importance relative de ces deux attributs spatiaux sur la relation entre la UT/UC et la provision de SE, j'ai calculé des métriques paysagères qui caractérisent à la fois la composition et la configuration du paysage, de même que la fourniture de 10 SE pour 136 municipalités du sud de la province du Québec. J'ai utilisé des modèles d'équations pour d'identifier les mécanismes et les interactions responsables des relations observées. La proportion de la variation expliquée par les modèles est plus attribuable à la configuration qu'à la composition dans sept des dix modèles de SE. L'influence relativement plus élevée de la configuration suggère que les modèles incorporant des informations au-delà de la composition de l'UT/UC peuvent fournir des prévisions plus fiables pour contribuer aux décisions de gestion. Parce que la configuration du paysage peut être manipulée indépendamment des changements dans la composition, les modèles de SE qui intègrent la configuration peuvent être utilisés à la fois pour quantifier avec précision la provision de SE et pour identifier des scénarios qui minimisent les impacts environnementaux du changement d'UT/UC simplement en modifiant la répartition spatiale des changements prévus à travers le paysage. Le concept des SE a le potentiel de contribuer à une gestion environnementale plus efficace. Afin d'aller de l'avant dans ce domaine en pleine expansion et faire des SE un concept pratique dans la gestion, il est essentiel d'adopter des stratégies qui mesurent et créent des modèles de SE adéquats, telles que celles proposées dans cette thèse.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.114585 |
| Date | January 2013 |
| Creators | Liss, Katie |
| Contributors | Elena Bennett (Internal/Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Master of Science (Department of Natural Resource Sciences) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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