المؤلفون: Huylenbroeck, Léo

المساهمون: Michez, Adrien, Lejeune, Philippe

مصطلحات موضوعية: Remote sensing, Biomass, LiDAR, UAV, Drone, Erosion, Floodplain forest, Riparian forest, Alluvial forest, Volume equations, Species classification, Spatial distribution, Semois, Chiers, Review, Riparian, Forest, Life sciences, Environmental sciences & ecology, Physical, chemical, mathematical & earth Sciences, Earth sciences & physical geography, Sciences du vivant, Sciences de l’environnement & écologie, Physique, chimie, mathématiques & sciences de la terre, Sciences de la terre & géographie physique

الوصف: The vegetation that develops in the riparian zone has an important influence on many processes within the hydrosystem. As a result, it is often at the heart of management practices designed to influence the river's ecological and hydraulic functioning. The implementation of coherent management actions, integrating the various river-related issues and stakeholders, requires diagnosis and appropriate planning at basin scale. Remote sensing can be used to obtain up-to-date data on the state of riparian vegetation over large areas at low cost. The aim of this thesis is to develop tools for mapping riparian vegetation and to assess their value for riparian management. Firstly, a literature review was carried out to obtain an overview of the use of remote sensing for the study of riparian vegetation. The results show a close relationship between the tools used, the riparian vegetation characteristics studied and the extent mapped. High-resolution data are rarely used for rivers over 100 km in length, or for mapping species composition. A significant proportion of the studies carried out relate to the dynamics of riparian ecosystems, and aerial and satellite images are valued for their availability as time series. We identified opportunities to seize with the increased availability of high-resolution data in little-studied regions, for large areas and as time series. Some approaches have reached an operational level and are now being used for management purposes. To transfer remote sensing approaches to riparian managers, we suggest mutualizing achievements by producing robust, open-source tools that can be adapted to each specific project. Secondly, we focused on mapping the above-ground biomass of riparian forests, on which several key functions of riparian systems depend. Specifically, LiDAR data were used in a tree-centric approach to map above-ground biomass in riparian forests along 200 km of rivers and their associated floodplains, in the Semois and Chiers watersheds. Two approaches were tested, based on a LiDAR digital height model alone or in conjunction with a LiDAR point cloud. Relative root-mean-square biomass errors for 0.3 ha plots were 27% and 22% respectively for the two approaches. The map was used to highlight the environmental factors structuring riparian biomass at the scale of the watershed studied. The disturbance regime, mainly anthropogenic, largely explains the spatial distribution of biomass. Thirdly, we used a high-density LiDAR dataset to map the species composition of riparian forests along 155 km of the Semois river and its floodplain. We used a tree-centric approach, a Random Forest algorithm and variables derived from the point cloud. Trees were classified into four groups with similar ecological characteristics (willows, alders, other hardwoods and conifers) with an overall accuracy of around 80%. We then assessed the accuracy of the classification when aggregating the information obtained at tree level onto larger units. The accuracy obtained on 900 m² units is 85% for the presence of a species and 89% for the dominant species. This accuracy is further improved for larger units and is sufficient for many applications. As with biomass, the spatial distribution of species was analyzed in relation to factors such as land use, proximity to the river and soil moisture. Tree species spatial distribution confirms the expected patterns: willows occupy open, wet areas in the floodplain, alders are particularly present in wet areas and near riverbanks, and other hardwoods occupy the higher parts of the riparian zone. Fourthly, we assessed the potential of 3D data to describe riverbank morphology and evolution. Indeed, these characteristics are of direct interest for the management of riparian vegetation. We began by comparing the performance and limitations of approaches for describing minor bed geometry based on aerial photogrammetry and on aerial LiDAR data. While photogrammetry provides a better description of the submerged parts of the river, LiDAR offers decent performance in the emergent parts and greater upscaling potential. We then developed a simple methodology for mapping bank lateral mobility using multi-temporal LiDAR DTMs. The results obtained are consistent with those obtained using photointerpretation of aerial images. Finally, approaches for mapping biomass, specific composition and lateral erosion were deployed on a catchment comprising 50 km of watercourse. We assessed how this information can be used to plan and prioritize interventions on vegetation in the minor bed. The availability of remote sensing methods to non-specialists is discussed regarding the volumes of data to be processed and the technicity of the approaches developed. The manuscript also discusses the aggregation of information from "tree-scale" approaches, and upscaling to watersheds. Finally, research perspectives are proposed to improve the interpretation of riparian vegetation trajectories, process modeling and the monitoring and assessment of riparian vegetation.
La végétation qui se développe dans les zones riveraines des cours d’eau a une influence importante sur de nombreux processus au sein de l’hydrosystème. Dès lors, elle est souvent au coeur des pratiques de gestion visant à influencer le fonctionnement écologique et hydraulique de la rivière. La mise en place d’actions de gestion cohérentes, intégrant les différents enjeux et acteurs liés à la rivière, nécessite un diagnostic et une planification adéquate à l’échelle du bassin versant. La télédétection peut être utilisée pour obtenir de données à jour sur l’état de la végétation riveraine sur des surfaces importantes et à moindre coût. Cette thèse a pour objectifs de développer des outils de cartographie de la végétation riveraine et d’évaluer leur intérêt pour la gestion de cette dernière. Premièrement, une revue de bibliographie a été réalisée pour obtenir une vue d'ensemble de l'utilisation de la télédétection pour l’étude de la végétation riveraine. Les résultats mettent en évidence une relation étroite entre les outils utilisés, les caractéristiques de la végétation riveraine étudiées et l'étendue cartographiée. Les données à haute résolution sont rarement utilisées pour les rivières sur plus de 100 km ou pour la cartographie de la composition en espèces. Une partie importante des études réalisées s’intéressent à la dynamique des écosystèmes riverains, et les images aériennes et satellitaires sont appréciées en raison de la disponibilité de séries temporelles. Nous avons identifié les opportunités qui peuvent être saisies avec la disponibilité accrue de données à haute résolution dans des régions peu étudiées, pour de grandes étendues et sous forme de séries temporelles. Certaines approches ont atteint un niveau opérationnel et sont désormais utilisées à des fins de gestion. Pour transférer les approches de télédétection aux gestionnaires des zones riveraines, nous suggérons de mutualiser les réalisations en produisant des outils robustes et open source, qui pourront être adaptées à chaque projet spécifique. Deuxièmement, nous nous sommes intéressés à la cartographie de la biomasse aérienne des forêts riveraines, dont dépendent plusieurs fonctions clés des systèmes riverains. Concrètement, des données LiDAR ont été utilisées dans une approche à l’échelle de l’arbre pour cartographier la biomasse aérienne dans les forêts riveraines le long de 200 km de rivières et dans leur plaine alluviale associée, sur les bassins versants de la Semois et de la Chiers. Deux approches ont été testées, s'appuyant sur un modèle numérique de hauteur LiDAR seul ou en conjonction avec un nuage de points LiDAR. Les erreurs quadratiques moyennes relatives de la biomasse pour des parcelles de 0,3 ha étaient respectivement de 27 % et 22 % pour les deux approches. La cartographie a été utilisée pour mettre en lumière les facteurs environnementaux structurant cette biomasse riveraine à l’échelle du bassin versant étudié. Le régime de perturbations, surtout anthropiques, y explique en grande partie la distribution spatiale de la biomasse. Troisièmement, nous avons exploité un jeu de données LiDAR à haute densité de points pour cartographier la composition en espèces des forêts riveraines sur 155 km de la Semois et sur sa plaine alluviale. Nous avons utilisé une approche à l’échelle de l’arbre, un algorithme Random Forest et des variables issues du nuage de points et d’images multispectrales. Les arbres ont été classés selon quatre groupes aux caractéristiques écologiques similaires (saules, aulnes, autres feuillus et résineux) avec une précision globale de l’ordre de 80%. Nous avons ensuite évalué la précision de la classification lors de l’agrégation de l’information obtenue à l’échelle de l’arbre sur des unités de plus grande taille. La précision obtenue sur des unités de 900 m² est de 85 % pour la présence d’une espèce et de 89 % sur l’espèce dominante. Cette précision est encore améliorée pour des unités de plus grande dimension et est suffisante pour de nombreuses applications. Comme pour la biomasse, la distribution des espèces dans l’espace a été analysée par rapport à des facteurs tels que l’occupation du sol, la proximité à la rivière ou l’engorgement en eau du sol. La cartographie de la distribution spatiale de la composition spécifique confirme les patrons pressentis : les saules occupent les zones ouvertes et humides dans la plaine alluviale, les aulnes sont particulièrement présents dans les zones humides et à proximité des berges, et les feuillus à bois dur occupant les parties plus hautes de la zone riveraine. Quatrièmement, nous avons évalué le potentiel de données 3D pour décrire la morphologie des berges et leur évolution. En effet, ces caractéristiques ont un intérêt direct pour la gestion de la végétation présente sur les berges des cours d’eau. Nous avons d’abord comparé les performances et les limites des approches de description de la géométrie du lit mineur basées d’une part sur la photogrammétrie d’images acquises à l’aide de drones et d’autre part sur des données LiDAR aériennes. Bien que la photogrammétrie permette une meilleure description des parties immergées de la rivière, le LiDAR offre des performances convenables dans les parties émergées et un potentiel de montée en échelle plus important. Ensuite, une méthodologie simple de cartographie de la mobilité latérale des berges à l’aide de MNT LiDAR multi-temporels a été développée. Cette dernière montre des résultats cohérents avec ceux obtenus par photointerprétation d’images aériennes. Enfin, les approches de cartographie de la biomasse, de la composition spécifique et de l’érosion latérale ont été déployées sur un bassin versant comprenant 50 km de cours d’eau, en vue d’illustrer comment ces informations peuvent être croisées pour planifier et prioriser les interventions sur la végétation dans le lit mineur. L’accessibilité des méthodes de télédétection au plus grand nombre est discutée à l’aune des volumes de données à traiter et de la technicité des approches développées. Le manuscrit discute également de l’agrégation d’informations issues d’approches « à l’échelle de l’arbre » et de la montée en échelle. Enfin, des perspectives de recherche sont proposées pour améliorer l’interprétation des trajectoires de la végétation riveraine, la modélisation de processus et le suivi et l’évaluation de la végétation riveraine.

URL الوصول: https://orbi.uliege.be/handle/2268/315642

المؤلفون: Rivière, Lucie

المساهمون: Mahy, Grégory

مصطلحات موضوعية: Life sciences, Environmental sciences & ecology, Sciences du vivant, Sciences de l’environnement & écologie

الوصف: Les toitures vertes extensives sont de plus en plus utilisées et suscitent un intérêt croissant en raison de leur capacité à fournir de nombreux services écosystémiques. Cependant, ces services sont rarement optimisés et en adéquation avec les milieux environnants. Cette thèse explore l'utilisation de l'hypothèse d'habitats analogues et des traits fonctionnels pour sélectionner des espèces appropriées dans le but d'améliorer les services rendus par les toitures vertes extensives.Les objectifs principaux sont de comprendre l'évolution temporelle et la dynamique de la composition taxonomique et fonctionnelle des communautés végétales sélectionnées sur base de l'hypothèse d'habitat analogue ainsi que l’influence des traits fonctionnels de ces espèces sur l’écoulement de l’eau des toitures vertes extensives. Ces deux objectifs sont répartis en deux parties. Les résultats de cette thèse ont permis d’identifier des espèces de milieux (semi-) naturels dont les toitures vertes sont analogues, leur dynamique de végétation tant d'un point de vue taxonomique que fonctionnel ainsi que l’influence des conditions microenvironnementales. L'hypothèse de l'habitat analogue a pu être confirmée grâce au suivi de toitures vertes extensives et d’expérimentations. Les communautés végétales peuvent être constituées d’espèces locales de milieux (semi-)naturels qui présentent les mêmes conditions abiotiques qu’une toiture verte extensive : faible profondeur de substrat, conditions de stress hydrique, ensoleillement important, etc. Ces communautés évoluent cependant au cours du temps et des espèces spontanées qui dominent la banque de graines peuvent devenir de plus en plus dominantes dans la végétation si des perturbations importantes viennent à détruire la végétation en place. Ces communautés végétales sont également influencées par les conditions environnementales retrouvées à l’échelle de la toiture telles que l’ensoleillement, les variations de profondeur de substrat, la composition en nutriments du sol. L’hypothèse de l’habitat analogue est complétée par les traits fonctionnels des communautés végétales et leur stratégie CSR. Nous avons pu mettre en évidence que les espèces de stratégie de tolérance au stress (S) dominent les communautés végétales, surtout dans les zones les plus stressantes. Nous avons également pu déterminer les traits végétaux liés à ces espèces locales qui influencent l’écoulement de l’eau. La biomasse aérienne et la hauteur de végétation influencent le plus l’écoulement de l’eau comparé aux autres traits fonctionnels de la végétation, mais leur influence n’est marquée que dans une certaine gamme de faibles précipitations. Cependant, l’humidité du substrat, les quantités de précipitations, la température et le choix du substrat sont autant de facteurs qui influencent de manière plus importante cet écoulement de l’eau des toitures vertes extensives que les traits de la végétation. De manière générale, les toitures vertes retiennent la moitié des précipitations sur une période d’un an. La sélection des espèces d’une toiture verte extensive doit donc se baser sur l’hypothèse de l’habitat analogue couplée aux traits fonctionnels et aux stratégies CSR. En Europe tempérée, les espèces de milieux xériques et les espèces de stratégies S peuvent constituer une base aux communautés végétales et les espèces de plus grande biomasse aérienne et de hauteur de végétation sont à privilégier pour optimiser le service de régulation du ruissellement de l’eau. La mise en place de zones avec des conditions microenvironnementales différentes permettent de valoriser des communautés végétales hétérogènes sur l’ensemble de la toiture et donc d’augmenter le service de support à la diversité floristique rendu.Cette thèse offre une meilleure compréhension des toitures vertes en tant qu'habitats analogues de milieux (semi-) naturels et pionniers, de leur dynamique de végétation et de l'influence des paramètres environnementaux. Les résultats permettent d'envisager une utilisation plus efficace de la diversité floristique dans le contexte des toitures vertes extensives pour améliorer le service de régulation de l'eau et favoriser une meilleure intégration des toitures vertes dans leur environnement.
CityRoof

وصف الملف: 175

URL الوصول: https://orbi.uliege.be/handle/2268/309237

المؤلفون: Guarderas Valverde, Adriana Paulina

المساهمون: Dufrêne, Marc

مصطلحات موضوعية: tropical mountain systems, land use change, ecosystem services, soil health, Ecuador, Life sciences, Environmental sciences & ecology, Sciences du vivant, Sciences de l’environnement & écologie

الوصف: The study of land use land cover change (LULC) provides a measure of how landscapes are transformed to meet the natural resource needs of humans. Unraveling how land use constrains biodiversity and ecosystem functions, to determine the consequences of global change for mountain ecosystems, is critical for landscape planning and management to supply vital ecosystem services to millions of upland and lowland inhabitants. This understanding is particularly important for assessing impacts on tropical mountain ecosystems, where altitudinal and climatic gradients can produce sensitivities in ecosystem responses and affect the long-term provision of services and the well-being of associated human populations.Given this issue, this research aimed to further the understanding of the impacts of land use changes on mountain systems of Northern Ecuador. To achieve this goal, we tested an adapted version of the Driver-Pressure-State-Impact-Response (DPSIR) framework for tropical mountain systems. Within this framework, I conducted an ecosystem assessment in a representative mountainous landscape of northern Ecuador with the following specific objectives: 1) characterize spatio-temporal patterns of land use, 2) reveal driving forces for the land use transitions, 3) analyze the effects of land use change on local biodiversity, ecological functions, and ecosystem services, and 4) evaluate if land use change affects the capacity to supply ecosystem services.The study region comprises the territory of the canton of Pedro Moncayo, located in the Andean province of Pichincha, and encompasses 332 km² distributed among five parishes. It is a landscape with climatic conditions, and land use legacies characteristic of the highlands of northern Ecuador. The territory has a wide altitudinal gradient ranging from 1900 to 4000 m.a.s.l. and it encompasses a mosaic of different natural ecosystems and distinct land uses which can be described following the altitudinal gradient. The higher altitudinal zone (above 3300 m) is dominated by native ecosystems, represented by páramo and highland montane forests. The middle altitudinal area (2800-3300 m) has been extensively used for agriculture and livestock over time, causing severe soil degradation, and the lower lands are characterized by shrub-dominated dry ecosystems.First, land use change dynamics characterized by Markov chain transition probabilities along elevation and geographic gradients revealed clear patterns. A significant expansion of floriculture (13 times) and urban areas (25 times) was found, reaching together almost 10% of the territory from 1990 to 2014 on previous agricultural land located at lower elevations in the east of the studied territory. Our findings also revealed an unexpected high probability of persistence (between 0.75 and 0.9) of páramo, but also a 40% reduction of montane forests, with the lowest probability (<0.50) of persistence in the elevation band of 2800-3300 m where agricultural land is replacing this land use and land cover (LULC) class at higher elevation. These trends highlight the threat of permanently losing the already vulnerable native mountain biodiversity. The LULC trends detected were integrated with publicly available geospatial and temporal data for socio-economic factors, demographic, infrastructure variables, and environmental parameters into a generalized additive models (GAMs). GAMs of socio-economic factors, demographic, infrastructure variables, and environmental parameters explained between 21 to 42% of the variation of LULC transitions observed in the study region, where topographic factors were the main explanatory variable for most of the models.Second, using the soil health framework, I assessed the impact of native forest conversion to anthropic systems (planted forests, pastures, and monocultures) on soil fertility and biodiversity conservation in the highlands of northern Ecuador. The biological dimension of our assessment focused on the diversity, abundance, and biomass of edaphic macroinvertebrate communities as proxies for soil functions. The soil invertebrate communities and soil chemical parameters were studied in topsoil samples using 25×25×10 cm monoliths, obtained from ten sampling sites randomly selected in the reference and the anthropic systems. Our results showed that native forests presented greater values for richness, evenness, and diversity of soil macroinvertebrate communities than the other land use categories, demonstrating a significant loss of taxonomic biodiversity at order and genus levels after forest conversion to anthropic environments. This piece of research also found a significant reduction of trophic diversity in native forests converted to anthropic environments. The results from the soil chemical parameters also confirmed the distinction in soil health between native forests and anthropic environments. Our results highlight the risk associated with current trends of native forest loss and conversion to managed systems in high mountain ecosystems in the tropics, illustrating how these alterations could cause biodiversity loss and degradation of the chemical parameters of soil fertility.Third, in relation to the effect of LULC changes on microclimate, native forests provided more sTable environmental conditions, where significantly lower temperatures and higher relative humidity values were documented than the other land use types. This effect on microclimate was significantly explained by the highest temperatures at intermediate levels of gap fraction, which represents the amount of light radiation reaching the lower stratum of a forest serving as a proxy for vegetation cover differences among land uses. In addition, native forests provided a buffer effect on the variations in mesoclimate, defined as climatic processes occurring at a scale of tens to hundreds of kilometres, whereas local temperature variations registered on human altered systems (planted forests and pastures) were significantly explained by the mesoclimate variation, except for monocultures that exhibited a mismatch between the two scales of climate. These results highlight the importance of native forest for microclimate regulation, an ecosystem service which can act synergistically with other biodiversity conservation goals to sustainably manage landscapes in tropical Andean Mountain systems (Chapter 4).Fourth, in relation to the temporal change in the distribution of ecosystem services in the studied territory, clear patterns of distribution were detected both spatially and temporally. A decrease in the provision of food was observed precisely where urban infrastructure has been extended, in the east of the territory. Whereas in the southwestern part of the territory, in addition to the higher elevations of all the parishes, a higher value was detected for regulatory and cultural ecosystem services (Chapter 5).Finally, I consider that the proposed DPSIR framework and its practical implementation is a good alternative for conducting ecosystem assessments that could be replicated in other tropical mountain landscapes. This framework could help develop sound land management plans that could prevent broad scale, irreversible ecosystem degradation. This phase was initially implemented by sharing our major findings with local authorities and stakeholders. However, more effort is needed to link the research insights gained from our study with local implementation and to guide decision making processes.
15. Life on land

وصف الملف: 213

Relation: LINKAGES BETWEEN BIODIVERSITY AND ECOSYSTEM SERVICES IN A LAND USE INTENSITY GRADIENT IN THE HIGHLANDS OF NORTHERN ECUADOR

URL الوصول: https://orbi.uliege.be/handle/2268/305451

المؤلفون: Dupuis, Chloé

المساهمون: Lejeune, Philippe, Fayolle, Adeline, TERRA Research Centre. Gestion des ressources forestières et des milieux naturels - ULiège, BE

مصطلحات موضوعية: tropical forests, remote sensing, degradation, disturbance, sar, uav, forest structure, upscaling, Life sciences, Environmental sciences & ecology, Sciences du vivant, Sciences de l’environnement & écologie

الوصف: 13. Climate action
15. Life on land
12. Responsible consumption and production

URL الوصول: https://orbi.uliege.be/handle/2268/320120

المؤلفون: Dubois, Héloïse

مصطلحات موضوعية: Life sciences, Environmental sciences & ecology, Phytobiology (plant sciences, forestry, mycology...), Sciences du vivant, Sciences de l’environnement & écologie, Biologie végétale (sciences végétales, sylviculture, mycologie...)

الوصف: Cinq essences, souvent en peuplement monospécifique, composent près de 80 % du volume de bois sur pied des forêts d’Europe occidentale. Celles-ci souffrent de plus en plus du changement climatique et de bioagresseurs, confirmant la nécessité de les diversifier. Dans ce contexte, un nombre croissant de forestiers s’interroge sur l’intérêt du bouleau, qui colonise les trouées forestières, notamment après les coupes rases et chablis. L’objectif de la thèse est d’analyser quelles pourraient être les voies de valorisation des bouleaux verruqueux (Betula pendula Roth) et pubescent (B. pubescens Ehrh.) dans la gestion forestière et sur le marché du bois et, en regard des résultats, de proposer des recommandations sylvicoles.Premièrement, la ressource en bouleau (Chapitre 2) a été décrite au niveau : a) de sa distribution et de son abondance par l’intermédiaire des inventaires forestiers disponibles ; b) de sa façon d’occuper les peuplements, à travers l’exemple de la Wallonie, avec les données de l’Inventaire Permanent des Ressources Forestières de Wallonie (IPRFW) ; c) de son évolution sur base de la littérature et des données de l’IPRFW. L’aire de distribution du bouleau est très étendue à l’échelle de l’Eurasie, principalement à base de bouleau pubescent dans le nord, où le bouleau est le principal feuillu, et de bouleau verruqueux dans les climats plus tempérés. En Europe occidentale, le bouleau représente de 0,5 à 6 % du volume forestier total selon le pays. En Wallonie, la boulaie pure concerne 30 % du volume de bouleau, et le restant se répartit dans des peuplements d’autres essences, surtout à base de chênes indigènes, dans les régénérations naturelles, les taillis et taillis sous futaie. Les bouleaux sans défaut apparent (nœud et branche) et de plus de 38 cm de diamètre sont rares (moins de 0,3 % du volume de bouleau). D’autre part, la ressource en bouleau s’accroit rapidement en volume et en surface occupée.Deuxièmement, le potentiel du bouleau pour la gestion forestière et l’industrie du bois est analysé sur base de la littérature, et les résultats sont organisés selon ses atouts, faiblesses, opportunités et menaces (AFOM)(Chapitre 3). Parmi ses atouts, de nombreuses conditions climatiques lui conviennent ; il est performant sur une large gamme de sols ; il a une capacité d'adaptation physique aux modifications de son environnement et une grande diversité génétique ; à ce jour, il n'est pas sérieusement affecté par des ravageurs ou maladies ; il favorise la biodiversité ; il optimise le fonctionnement du sol ; il peut intégrer une diversité de peuplements mélangés et, en essence d’abri, il facilite le développement d’autres essences ; ses propriétés permettent des utilisations polyvalentes, également en bois d’œuvre, comme illustré par le marché très développé dans le Nord de l’Europe, les Pays baltes et la Russie. Ses faiblesses, telles que la grande sensibilité de sa cime à la compétition et de son bois à la pourriture, et son abondance dans les mélanges avec d’autres essences, doivent être maîtrisées par une sylviculture adaptée. Le contexte socio-économique et climatique lui offre des opportunités de colonisation dans les trouées forestières non replantées, ou dans lesquelles il est l’une des seules essences à résister au gibier. Il bénéficie également des politiques promouvant la diversification des forêts, et d'une perception favorable du public pour ses rôles écologiques. Les principaux obstacles au développement du bouleau en Europe occidentale sont le manque d'information sur ses atouts et sur les utilisations de son bois, et l’absence de consignes de sylviculture adaptées à ses faiblesses, ainsi que des normes pour son utilisation en construction. Sur base de la ressource et de l’organisation de l’industrie, le forestier devrait viser la production rapide de grumes de haute qualité (de grande dimension et sans défaut). La sylviculture d’arbres-objectif (AO) permet d’optimiser la croissance diamétrique des AO désignés par le détourage et de contrôler leur qualité par l’élagage. Troisièmement, nous avons analysé le développement de 704 AO détourés dans 38 régénérations naturelles denses de bouleau dans le sud de la Belgique et le nord-est de la France (Chapitre 4). Il en résulte que le bouleau peut atteindre un diamètre de 50 cm en moins de 60 ans. La modélisation de l’évolution du diamètre de cime indique que les AO de 40, 50 et 60 cm de diamètre forment respectivement des cimes d’environ 8, 10 et 12 m de large. Dans 3 sites, l’accroissement diamétrique des AO en réponse à différentes précocités de détourage est comparé à celui de bouleaux témoins. Sans intervention, l’accroissement diamétrique décline à cause de la compétition dès que le peuplement atteint l’âge de 4 à 5 ans. Avec le détourage dès cet âge, il est doublé, et pourrait rester supérieur à celui de bouleaux détourés plus tardivement pendant au moins 20 ans. Les bouleaux détourés après 9-12 ans semblent amoindrir durablement leur accroissement diamétrique, et pourraient ne jamais atteindre les dimensions nécessaires pour une utilisation en bois d’œuvre. La discussion (Chapitre 5) commence par une réflexion sur le lien entre la science et les connaissances empiriques pour cette recherche. Deuxièmement, elle articule les acquis des 3 chapitres sous forme d’une suite de questions que peut se poser le gestionnaire forestier quant aux essences à favoriser. Le bouleau semble être une essence forestière d’avenir, d’un point de vue autécologique, pour ses fonctions écologiques et sylvicoles au service des autres essences, et pour la production rapide de bois et de PFNL, dans une gestion globale basée sur le mélange d’essences. L’utilisation industrielle de son bois, également en bois d’œuvre, est réaliste dans le contexte de l’Europe occidentale. Dès lors, nous proposons des consignes de sylviculture pour produire des grumes de haute qualité, et des consignes générales de gestion des peuplements comportant du bouleau. Enfin, des perspectives sont proposées. Du point de vue pratique, il faut sensibiliser et informer les gestionnaires forestiers et l’industrie du bois sur le potentiel du bouleau. Il est nécessaire d’éditer un guide de sylviculture, de proposer des formations techniques, et de développer des normes pour l’utilisation de son bois. Du point de vue de la recherche, il faudrait étudier le lien entre la productivité du bouleau et la station, multiplier les dispositifs expérimentaux de mesure de l’accroissement diamétrique pour pouvoir le modéliser, et créer des groupes de travail incluant les scientifiques, les gestionnaires forestiers et l’industrie du bois.
Five tree species comprise nearly 80% of the forest standing stock volume in Western Europe, often in monoculture. These forests are increasingly suffering from climate change and bio-aggressors, confirming the need for forest diversification. In this context, birch colonising forest gaps, e.g., after clear-cuts or windfalls, may be an interesting tree species. The aim of the thesis is to analyse the potential of silver (Betula pendula Roth) and downy (B. pubescens Ehrh.) birch for forestry and the forest-based industry sector, and to provide silvicultural recommendations.Firstly, we described birch resource (Chapter 2) in terms of a) distribution and abundance, using available forest inventories; b) stand structure and composition, through the example of Wallonia, using data from the Permanent Inventory of Forest Resources in Wallonia (IPRFW); c) evolution, based on literature and on the IPRFW data. Birch has a very wide distribution across Eurasia, dominated by downy birch in the north, where birch is the main hardwood species, and dominated by silver birch in temperate climates. In Western Europe, birch comprises 0.5-6% of the forest standing stock volume, depending on the country. In Wallonia, only 30% of the birch volume concerns pure birch stands. Most of the birch resource is distributed in all kinds of stand composed by other species, mostly with European oaks, and in natural regenerations and in coppice and coppice-with-standards forests. Birch stems with diameter at breast height (dbh) larger than 38 cm and with no visible defect (e.g., branches and knots) are rare (less than 0.3% of the standing stock volume). On the other hand, birch standing stock volume appears to rapidly increase over time.Secondly, we analysed the potential of birch for forestry and the forest-based industry sector by compiling and discussing literature, and we organised the results according to its strengths, weaknesses, opportunities and threats (SWOT) (Chapter 3). Among the strengths, birch is suitable for a wide variety of climatic conditions; it performs well on a wide range of soils; it has the capacity to adapt physically to changes in its environment and it has a high genetic diversity; to date, it has not been seriously affected by pests or diseases; it promotes biodiversity; it optimises soil functioning; it can compose a variety of mixed stands, and as a nurse species, it facilitates the development of other tree species; wood properties allow versatile timber uses, as illustrated by the market in Northern Europe, in the Baltic States and in Russia. Foresters should manage its weaknesses, such as high sensitivity to crown competition and to wood decay, and its abundance in tree species mixtures. Socio-economic and climatic context offers opportunities to birch for colonising forest gaps that have not been planted or in which birch is one of the rare species to resist to game overpopulation. It also benefits from policies promoting forest diversification and from favourable public perception for its ecological roles. The main obstacles to birch development in Western Europe are the lack of information on its strengths and uses, the absence of silvicultural guidelines adapted to its weaknesses, and the lack of standards for wood use in construction. Based on birch resource and on industry’s organisation, foresters should aim at the rapid production of high quality (large and free from defect) birch logs. Crop tree silviculture is a means to optimise dbh growth by crown release and quality by pruning. Thirdly, we analysed dbh growth and crown development of 704 crown released target birches in 38 dense birch natural regenerations in southern Belgium and north-eastern France (Chapter 4). We found that birch can reach a dbh of 50 cm in less than 60 years. Crown diameter evolution model indicates that target birches with a dbh of 40, 50 or 60 cm have a crown of about 8, 10 or 12 m wide, respectively. We also compared dbh growth of target birches in response to different crown release earliness in three subsamples. Without intervention, dbh growth declines due to competition as soon as the stand reaches the age of 4-5 years. With crown release at this age, dbh growth is doubled and could remain higher than that of birches later crown released, at least for 20 years. When crowns are released later than 9-12 years of age, birches appear to have reduced their dbh growth potential, and they may never reach the needed dimension for best timber uses. The discussion (Chapter 5) begins with a reflection about the link between science and empirical knowledge in this research. Secondly, the chapter articulates findings of the three research through successive questions that the forester may ask when choosing which tree species to favour. Birch seems to be an interesting forest tree species, from an autoecological point of view, for its ecological and silvicultural functions at the service of other species, and to produce valuable wood. Industrial use of birch wood is realistic in the Western European context. We therefore proposed silvicultural guidelines for producing high-quality logs, and general management guidelines for common stands composed with birch. Finally, perspectives are proposed. From a practical point of view, there is a need to inform foresters and timber industry about the potential of birch and to develop guidelines and technical training about birch silviculture, and standards for the use of birch wood. Concerning research, we should study the link between birch productivity and site, add experimental plots for dbh growth measuring, and create working groups including scientists, foresters and timber industry.

وصف الملف: 178

URL الوصول: https://orbi.uliege.be/handle/2268/293941

المؤلفون: Bauwens, Sébastien

المساهمون: Lejeune, Philippe, Gourlet-Fleury, Sylvie

مصطلحات موضوعية: terrestrial laser scanning, photogrammetry, structure-from-motion, mobile laser scanning, personal laser scanning, hand-held mobile laser scanning, buttresses, 3D modelling, taper, taper model, biomass, aboveground biomass, permanent sample plot, forest inventory, point of measurement, diameter at breast height, DBH, above-ground biomass, AGB, TLS, MLS, HMLS, PLS, AGB model, Life sciences, Environmental sciences & ecology, Sciences du vivant, Sciences de l’environnement & écologie

الوصف: Tropical forests are the main contributors of CO2 emissions between the biosphere and the atmosphere in the land use sector. The deforestation and degradation of these forests are the main sources of emissions from this sector, which accounts for 15% of the world's CO2 emissions. The monitoring of CO2 emissions and removals from tropical forests requires fine measurements of their trees. These measurements are then used as inputs in allometric model to predict the tree aboveground biomass and thus indirectly their equivalent in CO2. However, a significant proportion of trees in tropical forests show morphological singularities on the stem such as buttresses or other irregularities. The height (HPOM) of the diameter measured (DPOM) is therefore commonly raised above the buttresses to reach a circular part of the stem. The standard of measuring the diameter at breast height (DBH) is then lost. In this context, this thesis aims to improve the monitoring of tropical trees with stem irregularities by using recent three-dimensional (3D) measurement tools and developing a model-based approach to harmonize height measurements of the diameterdo.First, we evaluated the potential of the close-range terrestrial photogrammetric approach (CRTP) to measure irregular shaped stems. The advantage of this 3D approach is its low cost and ease of implementation as it only requires a camera and targets. Following the convincing results of this approach, we studied the quality of the allometric relationship between variables extracted from the stem cross-section at 1.3 m height and above-ground biomass. We found that the equivalent diameter of the basal area at 1.3 m height (DBH') correlates better with aboveground tree biomass and thus its carbon content than does diameter above buttress (DPOM). Therefore, harmonization of HPOM to 1.3 m height should be further studied to improve biomass estimates.Secondly, we investigated the potential of a hand-held mobile lidar scanner (HMLS) to measure in 3D not only one tree at a time but many trees from forest plots with a 15 m radius in Belgian temperate forest. To assess the HMLS, we compared it to 3D measurements made with a more commonly used static terrestrial laser scanning (TLS) and with conventional forest inventory diameter and position measurements. The HMLS has a better 3D spatial coverage of the stems than the TLS and the precision of the stem diameter measurements is also better with the HMLS. Setting up the plot and scanning it from five locations with the TLS takes three times longer than scanning with HMLS. This pioneering work shows us the potential of using HMLS in tropical forests through its speed of execution and its important spatial coverage at the stem level, an important issue for irregular shaped tree stems. Thirdly, we developed and assessed a model-based approach for harmonizing HPOM to correct the bias induced by irregular stems in the aboveground biomass estimates of forest inventory plots. Following the estimation of DBH' using a taper model proposed in our study, we find that conventional aboveground biomass estimates (i.e. with only DPOM), compared to estimates made with DBH', show an increasing divergence with the increase of irregular stems proportion within plots and going up to -15% in our study. These results show the importance of considering HPOM when estimating aboveground biomass in tropical forests, especially in forests with many irregular stems. Estimates of the evolution of plot above-ground biomass over time should also be revised to better consider the biomass growth of irregular shaped tree stems, which has been underestimated until now. Finally, based on the results of this research, we summarize the 3D measurement tools currently available and describe their advantages and disadvantages in the case of irregular stems. Based on available human and technical resources, we also give recommendations on the harmonization method to use in permanent sampling plots to correct the bias induced by irregular stems. Improved monitoring of these tropical trees may provide a better understanding of some of the residual, i.e. unexplained, terrestrial ecosystem CO2 sink currently noted in IPCC reports.
Les forêts tropicales sont les principales contributrices des émissions de CO2 entre la biosphère et l’atmosphère dans le secteur de l’affectation des terres. La destruction et dégradation des ces forêts sont les principales sources d’émissions de ce secteur qui représente 15 % des émissions mondiales de gaz à effet de serre. Le suivi des émissions et absorptions de CO2 des forêts tropicales passe par des mesures fines des arbres qui les constituent et l’utilisation de ces mesures dans des modèles allométriques prédisant la biomasse aérienne de ces arbres et donc indirectement leurs équivalents CO2. Cependant, une part importante d’arbres en forêt tropicale présente des singularités morphologiques sur le tronc telles que des contreforts ou d’autres irrégularités, ce qui complexifie la transformation des mesures de terrain via ces modèles allométriques. En effet, sur ces arbres, la hauteur (HPOM) de mesure du diamètre (DPOM) est classiquement rehaussée pour atteindre une partie circulaire du tronc. Le caractère standard du diamètre mesuré à hauteur de poitrine (DHP) est donc perdu. Dans ce contexte, cette thèse a pour objectif d’améliorer le suivi des arbres tropicaux présentant des irrégularités sur le tronc par l’usage d’outils de mesure en trois dimensions (3D), et de proposer une méthode qui prenne mieux en compte ces singularités morphologiques.Tout d'abord, nous avons évalué le potentiel de l’approche photogrammétrique terrestre (CRTP) pour mesurer les troncs irréguliers. L’avantage de cette approche 3D est son faible coût et sa facilité de mise en œuvre car elle ne nécessite qu’un appareil photo et des cibles. Suite aux résultats concluants de cette approche, nous avons étudié la qualité de la relation allométrique entre des variables calculées sur la base de la surface de sections de troncs à 1,3 m de hauteur et la biomasse aérienne. Il en ressort que le diamètre équivalent à la surface de la section à 1.3 m de hauteur (DHP’) présente une meilleure corrélation avec la biomasse aérienne des arbres que la mesure du diamètre au-dessus des contreforts (DPOM). Par conséquent une harmonisation permettant de ramener les mesures faites au-dessus des contreforts à 1,3 m est à envisager pour améliorer les estimations de biomasse.Ensuite, nous avons étudié le potentiel d’un scanner lidar mobile (HMLS) pour mesurer en 3D non plus un seul arbre à la fois mais des placettes forestières de 15 m de rayon en forêt tempérée belge. Pour évaluer cet outil, nous l’avons comparé à des mesures 3D faites avec un scanner lidar terrestre statique (TLS) plus communément utilisé et, avec des mesures de diamètre et de positon classiques d’inventaire forestier. Le HMLS présente une meilleure couverture spatiale des troncs en 3D que le TLS et la mesure du diamètre des troncs est également meilleure avec le HMLS. Le temps de mise en place et d’acquisition d’une placette en HMLS est 3 fois inférieur au temps d’acquisition de cinq scans TLS. Ce travail précurseur nous montre le potentiel de l’usage du HMLS en forêt tropicale au travers de l’importante couverture spatiale qu’il procure à hauteur des troncs et sa rapidité de mise en œuvre. Enfin, nous avons développé et évalué une méthode d’harmonisation du HPOM afin de corriger le biais induit par les troncs irréguliers dans les estimations de biomasse aérienne de placettes d’inventaire. Suite à l’estimation du DHP’, grâce à l’équation de défilement proposée dans notre étude, nous constatons que les estimations de biomasse aérienne faites de manière conventionnelle (c’est à dire avec uniquement DPOM) sont inférieures aux estimations faites avec les DHP’. Cette divergence augmente avec la proportion d’arbres à tronc irrégulier au sein des parcelles et va jusqu’à -15 % dans le cas de notre étude. Ces résultats dévoilent l’importance de la prise en compte de HPOM dans les estimations de biomasse aérienne des forêts tropicales, plus particulièrement dans les forêts présentant une proportion importante de troncs irréguliers. Les estimations sur l’évolution de cette biomasse aérienne au cours du temps devront également être revues afin de mieux prendre en compte la croissance en biomasse des arbres à tronc irrégulier qui est jusqu’à présent sous-estimée. Finalement, sur base des résultats de cette recherche nous synthétisons les outils de mesures 3D actuellement disponibles et présentons leurs avantages et inconvénients respectifs dans le cas des arbres à tronc irrégulier. Des recommandations sont également données sur la manière de corriger le biais induit par ces arbres sur les estimations de stock et de changements de stocks de carbone des parcelles de suivi de croissance en fonction des moyens humains et techniques disponibles. L’amélioration du suivi de ces arbres tropicaux permettra peut-être de mieux comprendre une partie du puits de CO2 résiduel, c’est à dire non expliqué, de l’écosystème terrestre actuellement constaté dans les rapports du GIEC.
DynAfFor: Dynamique des Forêts d'Afrique centrale
13. Climate action

وصف الملف: 123

URL الوصول: https://orbi.uliege.be/handle/2268/293900

المؤلفون: Houngbegnon, Fructueux

المساهمون: Doucet, Jean-Louis, Bonaventure Sonké,, TERRA Research Centre. Gestion des ressources forestières et des milieux naturels - ULiège

مصطلحات موضوعية: Céphalophes, duikers, rythmes d'activité, activity patterns, co-occurrence, seed dispersal, dispersion des graines, forest, forêt, Afrique centrale, piège photographique, camera trap, Life sciences, Environmental sciences & ecology, Agriculture & agronomy, Sciences du vivant, Sciences de l’environnement & écologie, Agriculture & agronomie

الوصف: Duikers are bovid species endemic to the forests of Africa. They are mainly frugivorous and constitute a very important biomass of forest ecosystems. As such, duiker populations are declining due to increasing hunting and poaching pressure. Being discreet, their ecology in natural forest is little known and their role in forest regeneration has almost never been addressed. Consequently, this thesis aims to provide original data on the ecology of duiker populations (genera Cephalophus and Philantomba) in the moist forests of central Africa. More specifically, it aims to: (i) make a state of knowledge on the duiker community, (ii) specify the rhythm of activities of duiker species, (iii) examine their role in the regeneration of forests exploited for timber. In Chapter 2, the literature review carried out at the start of this research identified many studies on the impacts of hunting on the duiker populations. Similarly, significant documentation was gathered on their habitat, diet, and abundance in the forests. However, data gaps were noted on their activity patterns, their role in seed dispersal and forest regeneration, their level of resilience to logging, and methods to discriminate species (especially red duikers) during surveys. Finally, controversies have been noted on the taxonomy of duikers. In Chapter 3, we quantified the nycthemeral rhythm of six duiker species (Philantomba congica, Cephalophus leucogaster, C. callipygus, C. nigrifrons, C. castaneus, C. silvicultor), and described the nature of the spatio-temporal interactions that allow these species to live in the same space. In Chapter 4, the role of duiker populations in seed dispersal and forest regeneration was highlighted by germination tests of seeds contained in their dungs and rumens. Many plant species were identified. These species were mostly pioneer and light-demanding (herbaceous and woody), including species exploited for timber such as Milicia excelsa, Nauclea diderrichii and Erythrophleum suaveolens. Based on inventories conducted over four years, it was also shown that when hunting is controlled, logging has little impact on duiker populations and thus their role in forest regeneration. In chapter 5, we summarize our main results and discuss their generalization. Perspectives for futher research are also defined.
Les céphalophes sont des espèces de bovidés endémiques des forêts d’Afrique. Ils sont principalement frugivores et constituent une biomasse très importante des écosystèmes forestiers. A ce titre, les populations de céphalophes régressent à la suite d’une pression croissante de la chasse et du braconnage. Etant discrets et farouches, leur écologie en forêt naturelle est peu connue et leur rôle dans la régénération des forêts n’a quasi jamais été abordé. En conséquence, la présente thèse vise à apporter de données originales sur l'écologie des populations de céphalophes (genres Cephalophus et Philantomba) des forêts denses humides d'Afrique centrale. Plus spécifiquement, elle ambitionne : (i) de faire un état des connaissances sur la communauté de céphalophes, (ii) de préciser les rythmes d'activité des céphalophes, (iii) d’examiner le rôle joué par les populations de céphalophes dans la régénération des forêts exploitées pour leur bois d’œuvre. La synthèse bibliographique effectuée à l’entame de cette recherche, présentée dans le Chapitre 2, a permis de relever de nombreuses études sur les pressions cynégétiques subies par la communauté de céphalophes. De même, une documentation non négligeable a été compilée sur leur habitat préférentiel, leur régime alimentaire, et leur abondance dans les forêts. Cependant, des lacunes ont été observées dans l’existence de données sur leurs rythmes d’activité, leur rôle dans la dispersion des graines et la régénération forestière, leur niveau de résilience face à l’exploitation forestière, et les méthodes pouvant permettre de discriminer les différentes espèces (notamment les céphalophes rouges) lors des inventaires. Enfin, il est également apparu des controverses sur la taxonomie des céphalophes. Dans le Chapitre 3, à partir d’une importante base de données provenant d’un réseau régional de pièges photographiques, le rythme nycthéméral de six espèces de céphalophes (Philantomba congica, Cephalophus leucogaster, C. callipygus, C. nigrifrons, C. castaneus, C. silvicultor) a été étudié. La nature des interactions spatio-temporelles qui permettent à ces espèces de vivre sur un même espace a aussi été clarifiée. Dans le Chapitre 4, le rôle des populations de céphalophes dans la dispersion des graines et la régénération forestière a été mis en évidence par des tests de germination des graines contenues dans leurs fèces et leurs rumens. Un important cortège d’espèces végétales a été identifié. Ces espèces sont pour la plupart des espèces colonisatrices pionnières (herbacées et ligneuses) parmi lesquelles figures des espèces exploitées pour le bois d’œuvre telles que Milicia excelsa, Nauclea diderrichii et Erythrophleum suaveolens. Grâce à un suivi sur quatre années, il a aussi été montré que l’exploitation sélective du bois d’œuvre impacte peu les populations de céphalophes et donc leur rôle dans la régénération des forêts, lorsque la chasse est contrôlée. Enfin, dans le chapitre 5, nous revenons sur les principaux résultats et discutons de leur généralisation. Les perspectives pour des travaux ultérieurs sont aussi abordées.
15. Life on land

وصف الملف: 163

Relation: ÉCOLOGIE DES CÉPHALOPHES D ’AFRIQUE CENTRALE : RYTHMES D ’ACTIVITÉ ET RÔLE DANS LA DISPERSION DES GRAINES

URL الوصول: https://orbi.uliege.be/handle/2268/290704

المؤلفون: Rigolet, Augustin

المساهمون: Ongena, Marc, Rigali, Sébastien, TERRA Research Centre. Microbial, food and biobased technologies - ULiège

مصطلحات موضوعية: Bioactive secondary metabolite (BSMs), Bacillus velezensis, interspecies interaction, Pseudomonas sessiligenes CMR12a, Streptomyces venezuelae, cyclic lipopeptides, enzymatic degradation, metabolic exchange, global regulator, gene regulation, lanthipeptides, amylolysin, pyochelin, secondary siderophore, Life sciences, Microbiology, Environmental sciences & ecology, Sciences du vivant, Microbiologie, Sciences de l’environnement & écologie

الوصف: Bacillus velezensis is considered as a model species for plant-associated bacilli providing its host with benefits such as protection against phytopathogens. This remarkable attribute stems from the potential of this bacteria to secrete a wide range of bioactive secondary metabolites (BSMs) with specific and complementary bioactivities. Until now, research into those secondary metabolites has predominantly focused on the characterization of their biological activities (e.g. antimicrobials), mostly guided by practical concerns for the use of these rhizobacteria as biocontrol agents.However, our understanding of the ecological roles played by Bacillus’ BSMs and the fate of these BSMs within the competitive rhizosphere niche remains limited. Likewise, although it has been reported that B. velezensis adapts its BSMs production upon microbial interaction, the mechanisms by which this bacterium orchestrates its secondary metabolome are mostly unknown. Therefore, in this work, we aim to understand how Bacillus velezensis uses its BSMs to engage in microbial interaction with Streptomyces and Pseudomonas as well as the reciprocal effect of the interaction on the BSMs of Bacillus. Additionally, we investigate the intracellular regulatory processes governing the BSMs synthesis thereby enabling B. velezensis to modulate its production according to environmental cues. We show that B. velezensis can mobilize a substantial part of its metabolome upon the perception of Pseudomonas, as a soil-dwelling competitor. This metabolite response reflects a multimodal defensive strategy involving the lipopeptide surfactin that promotes biofilm formation and motility and includes antimicrobials such as polyketides and the bacteriocin amylocyclicin. Furthermore, we identify pyochelin, a secondary siderophore of Pseudomonas, as info-chemical triggering this response via a mechanism independent of iron stress. We hypothesize that B. velezensis senses such chelator as chemical marker of the presence of competitors, illustrating a new facet of siderophore-mediated interactions beyond the concept of competition for iron and siderophore piracy. This phenomenon may thus represent a new component in the microbial conversations driving the behavior of members of the rhizosphere community. Likewise, we observed that the metabolomes of Bacillus and Streptomyces undergo unsuspected changes upon interaction. We identify multiple new compounds derived from the interaction. Among these, we observed a change in the blend of the macrolactin produced by Bacillus, the induction of the siderophore of bacillibactin8and several new variants of this molecule and a sharp increase in the production of novel avilamycin variants by Streptomyces sp. MM99. Remarkably, we note that several strains of Streptomyces promptly degrade the cyclic lipopeptides (CLPs) of Bacillus.We further investigated the enzymatic degradation of Bacillus and Pseudomonas CLPs by Streptomyces. We observe that Streptomyces venezuelae is able to degrade the three lipopeptides surfactin, iturin and fengycin upon interaction with B. velezensis in vitro and in planta according to specific mechanisms. S. venezuelae is also able to degrade the structurally diverse sessilin, tolaasin, orfamide, xantholisin and putisolvin-type lipopeptides produced by Pseudomonas, indicating that this trait is likely engaged in the interaction with various competitors. Additionally, the degradation of CLPs is associated with the release of free amino and fatty acids used by Streptomyces to sustain growth. We hypothesize that lipopeptide-producing rhizobacteria and their biocontrol potential are impacted by the degradation of their lipopeptides as observed with the surface colonization pattern of B. velezensis, avoiding the confrontation zone with Streptomyces and the loss of antifungal properties of degraded iturin.Finally, we bring a first comprehensive picture of the role of global regulators in the regulation of BSMs synthesis in B. velezensis by combining reverse genetics with comparative metabolomics and functional assays. More specifically, we identify ComA and Spo0A as key regulators of BSMs synthesis. Moreover, we make a direct link between these regulation processes and biocontrol related functions. Lastly, we pinpoint unsuspected activities of BSMs and implications of global regulators leading to the discovery of the cryptic lanthipeptide amylolysin β, further illustrating the secondary metabolome plasticity and diversity in B. velezensis.

وصف الملف: 295

URL الوصول: https://orbi.uliege.be/handle/2268/309747

المؤلفون: Nguyen Ngoc Thanh Tien

المساهمون: Richel, Aurore, Tran Tien, Khoi, Le, Ngoc Lieu

مصطلحات موضوعية: Biochemical methane potential, Biodegradable films, Biogas production, Branch, Dragon fruit, Pectin, Peel, Life sciences, Agriculture & agronomy, Food science, Environmental sciences & ecology, Sciences du vivant, Agriculture & agronomie, Sciences des denrées alimentaires, Sciences de l’environnement & écologie

الوصف: Worldwide demand for dragon fruits is estimated to attain higher data shortly, driven by their unique appearance, prolific nutrients, and immense health benefits. However, their branches and peels are natural wastes accessible in great quantity, but their practicable applications have been narrowly carried out. Thus, this project is mainly aimed at the innovative conversion of dragon fruit residues like branches and peels into biogas and biodegradable films, respectively.Dragon fruit branches are naturally available, but their chemical profiles are barely reported, resulting in limitations to their practical applications. Thus, this project aimed to characterize the exhaustive chemical compositions of dragon fruit branches harvested on two common seasons at multiple maturities, with or without plant disease, from four different sites in Binh Thuan province, Vietnam. As a result, diverse influences of the growing conditions, maturity, and plant diseases on the chemical compositions of these sources were reported. In general, dragon fruit branches consisted of high ash, total extractives, and lignin contents, an intermediate amount of protein, and diversified quantities of cellulose, hemicellulose, monosaccharides, and fatty acids. Consequently, dragon fruit branches could be recognized as suitable lignocellulosic biomass for biogas production.Afterwards, a biochemical methane potential assay with a working volume of 500 mL was employed to appraise the promising biogas generation from dragon fruit branches co-digested with pig dung. The optimal ratio between branches and dung, ratio between feedstock and inoculum, ratio between solid mixture and water, percentage of added seeds, and incubating temperature were 50:50 (w/w), 1 g/2 mL, 1 g/ 5 mL, 20%, and 27oC, respectively. Under this condition, biogas productivity sustained nearly stable in the first six days, intensified gently in the next six days, peaked on the 12th working day, and finally likely reduced until the 22nd day. Thereafter, a 3 L model was exploited to evaluate the efficiency of this reported condition. The bigger model was conducted for 48 days but gave higher productivity than the smaller one. In addition, methane concentration occupied around 48.86% of the total biogas volume. Hence, dragon fruit branches are promising materials for biogas production, which gain economic profits for this plant and benefit sustainable development in green energy and waste valorization.On the other hand, dragon fruit peel has been acknowledged as a promising source to produce pectin at the commercial scale. In this project, pectin was favorably extracted from dragon fruit peels by employing microwave-ultrasound assisted extraction combined with the solvent system of choline chloride – glucose – water (5:2:5). Under the optimized condition including liquid/solid ratio of 35.25 mL/g, water/solvent ratio of 3.37 mL/mL, microwave irradiation of 14.26 min at 240 W followed by sonication of 46.07 min, the productivity was 19.39%. This obtained product was confirmed as high methoxyl pectin owing to its high degree of esterification and the similarity in the FTIR spectra compared to the commercial pectin. Furthermore, it was yellow to brownish and had rough facades with miniature heterogeneous fragments. This pectin was also categorized as a pseudoplastic substance with neutral pH, an average level of solubility, high equivalent weight, high molecular weight, and high antioxidant activities. Additionally, the galacturonic acid content of this product was close to the minimum requirement level proposed by the Food and Agriculture Organization. Based on these described properties, the achieved pectin was revealed to possess favorable application as an ingredient in the production of biodegradable films.Lastly, the biodegradable films were favorably formulated from the obtained pectin incorporated with diverse kinds of potato starches with the assistance of glycerol through the casting method and then crosslinked with glutaraldehyde. These non-crosslinked composite films were optically yellowish, semi-transparent to translucent, flexible, glossy, and effortlessly detached from the Petri dish, while crosslinked ones were darker, more tenacious, and less glossy. Furthermore, the non-crosslinked pectin-based film had lower thickness, density, and water vapor permeability but higher solubility, transparency, and tensile strength than non-crosslinked composite films. Moreover, crosslinked films had lower thickness, solubility, density, and water vapor permeability but higher tensile strength and elongation at break than correspondent non-crosslinked ones. Additionally, all films had good thermal stability. As a result, among all products, crosslinked pectin-based films incorporated with annealed potato starches were considered a promising ingredient for food packaging area due to their appropriate thickness, solubility, and water vapor permeability.To sum up, some practicable applications of dragon fruit, like the production of biogas from branches and the formation of biodegradable films from peels, were not only to fulfil the enhancing demands for green energy and packaging materials but also to increase waste valorization and the value-added products of this fruit plant.
On estime que la demande mondiale en fruits du dragon atteindra bientôt des valeurs plus élevées, en raison de l’apparence unique de ces fruits, de leurs nutriments prolifiques et de leurs immenses bienfaits pour la santé. Cependant, leurs branches et leurs pelures sont des déchets naturels accessibles en grande quantité, mais leurs applications pratiques ont été faiblement mises en œuvre. Ainsi, ce projet vise principalement la conversion innovante des résidus de fruits du dragon comme les branches et les pelures respectivement en biogaz et en films biodégradables. Les branches de fruit du dragon sont naturellement disponibles, mais leurs profils chimiques sont peu rapportés, ce qui limite leurs applications pratiques. Ainsi, ce projet avait pour objectif de caractériser de manière exhaustive les compositions chimiques des branches de fruit du dragon récoltées à différentes maturités, avec ou sans maladies des plantes, à partir de quatre sites différents dans la province de Binh Thuan, au Vietnam, pendant deux saisons communes. En conséquence, diverses influences des conditions de croissance, de la maturité et des maladies des plantes sur les compositions chimiques de ces sources ont été rapportées. En général, les branches de fruit du dragon se composaient d'une teneur élevée en cendres, extraits totaux et lignine, d'une quantité intermédiaire de protéines, et de quantités diversifiées de cellulose, hémicellulose, monosaccharides et acides gras. Par conséquent, les branches de fruit du dragon pourraient être reconnues comme une biomasse lignocellulosique appropriée pour la production de biogaz.Ensuite, un essai potentiel de méthane biochimique avec un volume de travail de 500 mL a été utilisé pour évaluer la génération prometteuse de biogaz à partir de branches de fruit du dragon co-digérées avec du fumier de porc. Le ratio optimal entre les branches et le fumier, le ratio entre la matière première et l'inoculum, le ratio entre le mélange solide et l'eau, le pourcentage de graines ajoutées et la température d'incubation étaient respectivement de de 50:50 (p/p), 1 g/ 2 mL, 1 g/ 5 mL, 20 % et 27 °C. Dans ces conditions, la productivité du biogaz est restée presque stable pendant les six premiers jours, a augmenté légèrement pendant les six jours suivants, a atteint son maximum le 12ème jour de travail, pour ensuite probablement diminuer jusqu'au 22ème jour. Par la suite, un modèle de 3 L a été utilisé pour évaluer l'efficacité de cette condition rapportée. Le modèle plus grand a été utilisé pendant 48 jours, mais a donné une productivité plus élevée que le modèle plus petit. De plus, la concentration de méthane représentait environ 48,86% du volume total de biogaz. Ainsi, les branches de fruit du dragon sont des matériaux prometteurs pour la production de biogaz, ce qui génère des profits économiques pour cette plante et favorise le développement durable dans le domaine de l'énergie verte et de la valorisation des déchets.D'autre part, la pelure du fruit du dragon a été reconnue comme une source prometteuse pour produire de la pectine à l'échelle commerciale. Dans ce projet, la pectine a été favorablement extraite des pelures de fruit du dragon en utilisant une extraction assistée par micro-ondes et ultrasons combinée au système de solvant chlorure de choline – glucose – eau (5:2:5). Dans les conditions optimisées comprenant un rapport liquide/solide de 35,25 mL/g, un rapport eau/solvant de 3,37 mL/mL, une irradiation aux micro-ondes de 14,26 min à 240 W suivie d'une sonication de 46,07 min, la productivité était de 19,39 %. Ce produit obtenu a été confirmé comme étant une pectine à haute teneur en méthoxyles en raison de son degré élevé d'estérification et de la similitude des spectres FTIR par rapport à la pectine commerciale. De plus, ce produit était de couleur jaune à brunâtre et présentait des facettes rugueuses avec de petits fragments hétérogènes. Cette pectine a également été classée comme une substance pseudoplastique avec un pH neutre, un niveau moyen de solubilité, un poids équivalent élevé, un poids moléculaire élevé et des activités antioxydantes élevées. De plus, la teneur en acide galacturonique de ce produit était proche du niveau minimal requis proposé par l'Organisation des Nations Unies pour l'alimentation et l'agriculture. Sur la base de ces propriétés décrites, la pectine obtenue s'est révélée être un ingrédient favorable dans la production de films biodégradables.Enfin, les films biodégradables ont été favorablement formulés à partir de la pectine obtenue incorporée à divers types d'amidons de pomme de terre avec l'aide de glycérine par la méthode du coulage, puis réticulés avec du glutaraldéhyde. Ces films composites non réticulés étaient de couleur jaunâtre, semi-transparents à translucides, flexibles, brillants et se détachaient facilement de la boîte de Petri, tandis que ceux réticulés étaient plus foncés, plus tenaces et moins brillants. De plus, le film à base de pectine non réticulée avait une épaisseur, une densité et une perméabilité à la vapeur d'eau plus faibles, mais une solubilité, une transparence et une résistance à la traction plus élevées que les films composites non réticulés. De plus, les films réticulés avaient une épaisseur, une solubilité, une densité et une perméabilité à la vapeur d'eau plus faibles, mais une résistance à la traction et un allongement à la rupture plus élevés que les films non réticulés correspondants. De plus, tous les films présentaient une bonne stabilité thermique. En conclusion, parmi tous les produits, les films à base de pectine réticulée incorporés avec des amidons de pomme de terre recuits étaient considérés comme un ingrédient prometteur pour le domaine de l'emballage alimentaire en raison de leur épaisseur, solubilité et perméabilité à la vapeur d'eau appropriées.Pour résumer, certaines applications pratiques du fruit du dragon, comme la production de biogaz à partir de branches et la formation de films biodégradables à partir des épluchures, visaient non seulement à répondre à la demande croissante en énergie verte et en matériaux d'emballage, mais aussi à augmenter la valorisation des déchets et les produits à valeur ajoutée de ce fruit.
Innovation in disease control combined with the management and valorisation of dragon fruit culture waste

وصف الملف: 291

URL الوصول: https://orbi.uliege.be/handle/2268/304558

المؤلفون: Lhoest, Simon

المساهمون: Fayolle, Adeline, Dufrêne, Marc

مصطلحات موضوعية: Biodiversity, Ecosystem service, Tropical forest, Dja, Cameroon, Central Africa, Mammal, Dung beetle, Provisioning services, Cultural services, Perception, Social approach, Biophysical approach, Interview, Camera trap, Pitfall trap, Mapping, Biodiversité, Service écosystémique, Forêt tropicale, Cameroun, Afrique centrale, Mammifère, Bousier, Services d'approvisionnement, Services culturels, Approche sociale, Approche biophysique, Entretien, Piège photographique, Piège à fosse, Cartographie, Social & behavioral sciences, psychology, Life sciences, Environmental sciences & ecology, Zoology, Engineering, computing & technology, Sociology & social sciences, Anthropology, Agriculture & agronomy, Sciences sociales & comportementales, psychologie, Sciences du vivant, Sciences de l’environnement & écologie, Zoologie, Ingénierie, informatique & technologie, Sociologie & sciences sociales, Anthropologie, Agriculture & agronomie

الوصف: Due to human-driven environmental changes, planet Earth has entered the new Anthropocene era, with major impact on biological diversity recognized as the sixth mass extinction period. The concepts of biodiversity and ecosystem services (ES) have risen to objectify and measure the human impacts on ecosystems and the many-fold contributions of ecosystems to human well-being. Among global terrestrial ecosystems, tropical forests are particularly important for the conservation of biodiversity and for the provision of ES. Agricultural conversion, logging, hunting, commercial poaching and over-harvesting lead to deforestation, degradation and defaunation of tropical forests, with highly variable consequences depending on many local factors. In Central Africa in particular, biodiversity and ES have been far less studied than in other tropical regions, despite the vital roles of these tropical forests in the livelihood of tens of millions of people in a context of high poverty. A better understanding of the determinants of biodiversity and ES in Central Africa is crucial for improving human well-being and the resilience of forest ecosystems. Despite the still relatively preserved tree cover across the region, biodiversity and ES may differ depending on forest land management and allocations. Therefore, the objective of this thesis is to assess the conservation value of tropical forests in southeastern Cameroon, as well as the supply of ES and use by local populations, in three contrasted forest allocations: a protected area, a Forest Stewardship Council (FSC)-certified logging concession, and three community forests.First, we assessed the conservation value of the three forest allocations, examining species richness and composition of two taxonomic groups: mammals inventoried with 44 camera traps, and dung beetles inventoried with 72 pitfall traps (Chapter 2). We also aimed to identify the determinants of forest conservation value, disentangling the effects of forest allocations, proximity to human settlements (villages and roads), and local forest habitat. Mammal and dung beetle species showed lower species richness in the community forests than in the protected area, and intermediate values in the logging concession. Proximity to human settlements and disturbance was negatively correlated to species richness of both groups, negatively correlated with species body size, and associated to the loss of the most threatened mammal species. The high species variability among forest allocations (i.e., spatial turnover) suggests that any conservation initiative should integrate many sites to protect a multitude of species, and not only large isolated areas. The high conservation value of the protected area has been confirmed, and the logging concession can play a complementary role in conservation strategies through landscape connectivity. In contrast, community forests are particularly defaunated due to their proximity to roads and villages, but they still provide wild proteins to local populations.Second, we assessed the perceptions of the supply of ES by tropical forests to local populations, and the determinants of these perceptions (Chapter 3). We evaluated the significance and abundance of ES by conducting a questionnaire survey with 225 forest stakeholders. The most significant ES perceptions were provisioning services (93% of respondents) and cultural services (68%), while regulating services were much less reported (16%). The perceptions of ES abundance were relatively homogeneous among forest allocations and respondents. Bushmeat provision has been identified as the only significant ES for local populations that is not supplied in high abundance.Third, we depicted the use of ES by local populations in three villages, and we evaluated its determinants and sustainability (Chapter 4). We used diverse interviews and field surveys to assess three provisioning services (bushmeat, firewood, and timber) and five cultural services (cultural heritage, inspiration, spiritual experience, recreation, and education). On average, local populations consumed 56 kg of bushmeat person–1 year–1 (hunting zones covering on average 213 km² per village), 1.17 m³ of firewood person–1 year–1 (collection zones on average 4 km² per village), and 0.03 m³ of timber person–1 year–1. On average, 59% of respondents recognized the importance of cultural services. The main determinants of ES use were forest allocations, population size, and deforestation rate, and we also showed slight differences between Baka and Bantu people in the use of cultural services. Firewood and timber have been shown to be used sustainably by local populations in this area, whereas bushmeat hunting and consumption have exceeded sustainability thresholds.Finally, the main findings of the thesis are summarized and their practical implications are discussed, in particular for the role of forest allocations (Chapter 5). The potential reconciliation between conservation and the sustainable use of tropical forests is discussed. Methodological feedbacks are given for the use of mammals and dung beetles as biodiversity indicators. Research perspectives are presented for a better understanding of the interactions between biodiversity and ES. Finally, different perspectives for integrating the concept of ES in tropical forest management are given: for instance, identifying and resolving conflicts among stakeholders, raising awareness, making decisions, or evaluating the effectiveness of conservation measures. In particular, ES are increasingly used in concrete management applications, such as FSC-certification, payments for environmental services, UNESCO Man and Biosphere Reserves, and various development projects.
En raison des changements environnementaux provoqués par l'homme, la planète Terre est entrée dans la nouvelle ère de l'Anthropocène, avec un impact majeur sur la diversité biologique, reconnu comme la sixième période d'extinction massive. Les concepts de biodiversité et de services écosystémiques (SE) ont émergé pour objectiver et mesurer les impacts de l'homme sur les écosystèmes, ainsi que les multiples contributions des écosystèmes au bien-être humain. Parmi les écosystèmes terrestres mondiaux, les forêts tropicales sont particulièrement importantes pour la conservation de la biodiversité et pour l’approvisionnement en SE. La conversion agricole, l'exploitation forestière, la chasse, le braconnage commercial et la surexploitation des ressources entraînent la déforestation, la dégradation et la défaunation des forêts tropicales, avec des conséquences très variables en fonction de nombreux facteurs locaux. En Afrique centrale en particulier, la biodiversité et les SE ont été beaucoup moins étudiées que dans les autres régions tropicales, malgré le rôle vital de ces forêts tropicales dans les moyens de subsistance de dizaines de millions de personnes dans un contexte de grande pauvreté. Il est crucial de mieux comprendre les facteurs influençant la biodiversité et les SE en Afrique centrale pour améliorer le bien-être humain et la résilience des écosystèmes forestiers. Malgré le couvert forestier encore relativement préservé dans la région, la biodiversité et les SE peuvent différer selon la gestion et les affectations des terres forestières. Par conséquent, l'objectif de cette thèse est d'évaluer la valeur de conservation des forêts tropicales dans le sud-est du Cameroun, ainsi que la fourniture de SE et leur utilisation par les populations locales, dans trois affectations forestières contrastées : une aire protégée, une concession forestière certifiée par le Forest Stewardship Council (FSC), et trois forêts communautaires.Tout d'abord, nous avons évalué la valeur de conservation des trois affectations forestières, en examinant la richesse et la composition spécifique de deux groupes taxonomiques : les mammifères inventoriés avec 44 pièges photographiques, et les coléoptères coprophages (bousiers) inventoriés avec 72 pièges à fosse (Chapitre 2). Nous avons également cherché à identifier les facteurs déterminants de la valeur de conservation des forêts, en démêlant les effets des affectations forestières, de la proximité aux villages et aux routes, et de l'habitat forestier local. Les espèces de mammifères et de bousiers ont montré une richesse spécifique plus faible dans les forêts communautaires que dans l’aire protégée, et des valeurs intermédiaires dans la concession forestière certifiée FSC. La proximité aux villages et aux routes, ainsi que les perturbations humaines étaient négativement corrélées à la richesse en espèces des deux groupes, corrélées négativement à la masse corporelle des espèces et associées à la perte des espèces de mammifères les plus menacées. La grande variabilité en espèces entre les affectations forestières (i.e., turnover) suggère que toute initiative de conservation devrait intégrer de nombreux sites pour protéger une multitude d’espèces, et pas seulement de grandes zones isolées. La grande valeur conservatoire de l’aire protégée a été confirmée et grâce à la connectivité paysagère, la concession forestière peut contribuer de manière complémentaire aux stratégies de conservation. Par contre, les forêts communautaires montrent une défaunation importante due à leur proximité aux routes et villages, mais elles continuent pourtant à fournir des protéines animales aux populations locales.Deuxièmement, nous avons évalué les perceptions de l'offre en SE par les forêts tropicales aux populations locales, et les facteurs déterminants de ces perceptions (Chapitre 3). Nous avons évalué l'importance et l'abondance des SE en menant une enquête par questionnaire auprès de 225 acteurs du secteur forestier. Les perceptions des plus importants SE comprenaient les services d'approvisionnement (93% des répondants) et les services culturels (68%), tandis que les services de régulation étaient beaucoup moins signalés (16%). Les perceptions de l'abondance des SE étaient relativement homogènes parmi les affectations forestières et les répondants. L'approvisionnement en viande de brousse pour les populations locales a été identifié comme le seul SE important qui n'est pas fourni abondamment.Troisièmement, nous avons décrit l'utilisation des SE par les populations locales dans trois villages, et nous avons évalué ses facteurs déterminants et sa durabilité (Chapitre 4). Nous avons mené divers entretiens et enquêtes de terrain pour évaluer trois services d'approvisionnement (viande de brousse, bois de feu et bois d'oeuvre) et cinq services culturels (patrimoine culturel, inspiration, expérience spirituelle, détente, et éducation). En moyenne, les populations locales ont consommé 56 kg de viande de brousse/personne/an (zones de chasse couvrant en moyenne 213 km² par village), 1,17 m³ de bois de chauffage/personne/an (zones de collecte en moyenne de 4 km² par village), et 0,03 m³ de bois/personne/an. En moyenne, 59% des personnes interrogées ont mentionné l'importance des services culturels. Les principaux facteurs déterminants de l'utilisation des SE étaient les affectations forestières, la taille de la population et le taux de déforestation, et nous avons également montré de légères différences entre les Baka et les Bantous dans l'utilisation des services culturels. Il a été démontré que le bois de feu et le bois d'oeuvre sont utilisés de manière durable par les populations locales dans cette région, tandis que la chasse et la consommation de viande de brousse ont dépassé les seuils de durabilité.La conclusion générale (Chapitre 5) résume les principaux résultats de la thèse et discute leurs implications pratiques, en particulier concernant le rôle des affectations des terres. La réconciliation potentielle entre la conservation et l'utilisation durable des forêts tropicales est discutée. Des retours méthodologiques sont donnés sur l'utilisation des mammifères et des bousiers comme indicateurs de biodiversité. Des perspectives de recherche sont présentées pour une meilleure compréhension des interactions entre la biodiversité et les SE. Enfin, différentes perspectives d'intégration du concept de SE sont données pour la gestion des forêts tropicales : par exemple, l'identification et la résolution des conflits entre les parties prenantes, la sensibilisation, la prise de décisions ou l'évaluation de l'efficacité des mesures de conservation. En particulier, les SE sont de plus en plus utilisées dans des applications concrètes de gestion, telles que la certification FSC, les paiements pour services environnementaux, les réserves de l'UNESCO pour l'homme et la biosphère, et divers projets de développement.
Projet FORECAST financé par la Fondation Agropolis; Projet AFRITIMB subsidié par le FRFS-WISD (référence PDR-WISD-07); Projet P3FAC financé par le FFEM (référence CZZ2101.01R)

وصف الملف: 159

URL الوصول: https://orbi.uliege.be/handle/2268/247466