REFLECT : logiciel de restitution des réflectances au sol pour l’amélioration de la qualité de l'information extraite des images satellitales à haute résolution spatiale

RÉSUMÉ - Les images satellitales multispectrales, notamment celles à haute résolution spatiale (plus fine que 30 m au sol), représentent une source d’information inestimable pour la prise de décision dans divers domaines liés à la gestion des ressources naturelles, à la préservation de l’environnement ou à l’aménagement et la gestion des centres urbains. Les échelles d’étude peuvent aller du local (résolutions plus fines que 5 m) à des échelles régionales (résolutions plus grossières que 5 m). Ces images caractérisent la variation de la réflectance des objets dans le spectre qui est l’information clé pour un grand nombre d’applications de ces données. Or, les mesures des capteurs satellitaux sont aussi affectées par des facteurs « parasites » liés aux conditions d’éclairement et d’observation, à l’atmosphère, à la topographie et aux propriétés des capteurs. Deux questions nous ont préoccupé dans cette recherche. Quelle est la meilleure approche pour restituer les réflectances au sol à partir des valeurs numériques enregistrées par les capteurs tenant compte des ces facteurs parasites ? Cette restitution est-elle la condition sine qua non pour extraire une information fiable des images en fonction des problématiques propres aux différents domaines d’application des images (cartographie du territoire, monitoring de l’environnement, suivi des changements du paysage, inventaires des ressources, etc.) ? Les recherches effectuées les 30 dernières années ont abouti à une série de techniques de correction des données des effets des facteurs parasites dont certaines permettent de restituer les réflectances au sol. Plusieurs questions sont cependant encore en suspens et d’autres nécessitent des approfondissements afin, d’une part d’améliorer la précision des résultats et d’autre part, de rendre ces techniques plus versatiles en les adaptant à un plus large éventail de conditions d’acquisition des données. Nous pouvons en mentionner quelques unes : - Comment prendre en compte des caractéristiques atmosphériques (notamment des particules d’aérosol) adaptées à des conditions locales et régionales et ne pas se fier à des modèles par défaut qui indiquent des tendances spatiotemporelles à long terme mais s’ajustent mal à des observations instantanées et restreintes spatialement ? - Comment tenir compte des effets de « contamination » du signal provenant de l’objet visé par le capteur par les signaux provenant des objets environnant (effet d’adjacence) ? ce phénomène devient très important pour des images de résolution plus fine que 5 m; - Quels sont les effets des angles de visée des capteurs hors nadir qui sont de plus en plus présents puisqu’ils offrent une meilleure résolution temporelle et la possibilité d’obtenir des couples d’images stéréoscopiques ? - Comment augmenter l’efficacité des techniques de traitement et d’analyse automatique des images multispectrales à des terrains accidentés et montagneux tenant compte des effets multiples du relief topographique sur le signal capté à distance ? D’autre part, malgré les nombreuses démonstrations par des chercheurs que l’information extraite des images satellitales peut être altérée à cause des tous ces facteurs parasites, force est de constater aujourd’hui que les corrections radiométriques demeurent peu utilisées sur une base routinière tel qu’est le cas pour les corrections géométriques. Pour ces dernières, les logiciels commerciaux de télédétection possèdent des algorithmes versatiles, puissants et à la portée des utilisateurs. Les algorithmes des corrections radiométriques, lorsqu’ils sont proposés, demeurent des boîtes noires peu flexibles nécessitant la plupart de temps des utilisateurs experts en la matière. Les objectifs que nous nous sommes fixés dans cette recherche sont les suivants : 1) Développer un logiciel de restitution des réflectances au sol tenant compte des questions posées ci-haut. Ce logiciel devait être suffisamment modulaire pour pouvoir le bonifier, l’améliorer et l’adapter à diverses problématiques d’application d’images satellitales; et 2) Appliquer ce logiciel dans différents contextes (urbain, agricole, forestier) et analyser les résultats obtenus afin d’évaluer le gain en précision de l’information extraite par des images satellitales transformées en images des réflectances au sol et par conséquent la nécessité d’opérer ainsi peu importe la problématique de l’application. Ainsi, à travers cette recherche, nous avons réalisé un outil de restitution de la réflectance au sol (la nouvelle version du logiciel REFLECT). Ce logiciel est basé sur la formulation (et les routines) du code 6S (Seconde Simulation du Signal Satellitaire dans le Spectre Solaire) et sur la méthode des cibles obscures pour l’estimation de l’épaisseur optique des aérosols (aerosol optical depth, AOD), qui est le facteur le plus difficile à corriger. Des améliorations substantielles ont été apportées aux modèles existants. Ces améliorations concernent essentiellement les propriétés des aérosols (intégration d’un modèle plus récent, amélioration de la recherche des cibles obscures pour l’estimation de l’AOD), la prise en compte de l’effet d’adjacence à l’aide d’un modèle de réflexion spéculaire, la prise en compte de la majorité des capteurs multispectraux à haute résolution (Landsat TM et ETM+, tous les HR de SPOT 1 à 5, EO-1 ALI et ASTER) et à très haute résolution (QuickBird et Ikonos) utilisés actuellement et la correction des effets topographiques l’aide d’un modèle qui sépare les composantes directe et diffuse du rayonnement solaire et qui s’adapte également à la canopée forestière. Les travaux de validation ont montré que la restitution de la réflectance au sol par REFLECT se fait avec une précision de l’ordre de ±0.01 unités de réflectance (pour les bandes spectrales du visible, PIR et MIR), même dans le cas d’une surface à topographie variable. Ce logiciel a permis de montrer, à travers des simulations de réflectances apparentes à quel point les facteurs parasites influant les valeurs numériques des images pouvaient modifier le signal utile qui est la réflectance au sol (erreurs de 10 à plus de 50%). REFLECT a également été utilisé pour voir l’importance de l’utilisation des réflectances au sol plutôt que les valeurs numériques brutes pour diverses applications courantes de la télédétection dans les domaines des classifications, du suivi des changements, de l’agriculture et de la foresterie. Dans la majorité des applications (suivi des changements par images multi-dates, utilisation d’indices de végétation, estimation de paramètres biophysiques, …), la correction des images est une opération cruciale pour obtenir des résultats fiables. D’un point de vue informatique, le logiciel REFLECT se présente comme une série de menus simples d’utilisation correspondant aux différentes étapes de saisie des intrants de la scène, calcul des transmittances gazeuses, estimation de l’AOD par la méthode des cibles obscures et enfin, l’application des corrections radiométriques à l’image, notamment par l’option rapide qui permet de traiter une image de 5000 par 5000 pixels en 15 minutes environ. Cette recherche ouvre une série de pistes pour d’autres améliorations des modèles et méthodes liés au domaine des corrections radiométriques, notamment en ce qui concerne l’intégration de la FDRB (fonction de distribution de la réflectance bidirectionnelle) dans la formulation, la prise en compte des nuages translucides à l’aide de la modélisation de la diffusion non sélective et l’automatisation de la méthode des pentes équivalentes proposée pour les corrections topographiques.

Portée et limites de la participation délibérative : le cas de la Commission d'étude sur la gestion de la forêt publique québécoise

Ce mémoire de maîtrise s’intéresse à la portée et aux limites de la participation publique à la gestion des ressources naturelles. Plus spécifiquement, une étude du cas de la Commission Coulombe est réalisée afin de déterminer, d’une part, dans quelle mesure la participation délibérative a favorisé l’émergence de nouveaux discours et quels ont été ses effets politiques, d’autre part. L’argumentation se fonde sur une approche discursive-institutionnelle et, plus précisément, sur la notion d’arrangement politique développé par Bas Arts et Pieter Leroy. L’étude de la Commission Coulombe révèle que la participation délibérative a permis de renforcer la légitimité des institutions étatiques, elle a encouragé l’émergence de préoccupations et de notions nouvelles, elle a eu des effets sur l’élaboration des règles, des politiques et des programmes et a permis une certaine redéfinition des rapports de pouvoirs entre les acteurs du régime forestier québécois. Ses effets sont cependant ambivalents en termes de démocratisation de la gestion publique. Les pouvoirs publics ont utilisé la Commission pour rétablir leur crédibilité, justifier des décisions impopulaires et faire avancer les grandes orientations du gouvernement. De plus, les acteurs qui ont acquis le plus de pouvoir et les enjeux qui ont émergés de façon la plus marquée sont ceux qui étaient favorisés par le contexte politique de modernisation de l’État québécois.

Gestion des ressources naturelles, dégradation de l’environnement et stratégies de subsistance dans le désert de Thar : étude ethnographique dans la région du Marwar, au Rajasthan en Inde

Cette recherche porte sur les origines et les effets de la dégradation de l’environnement dans le désert de Thar, au Rajasthan en Inde. Elle expose les processus politico-économiques qui conditionnent la gestion des ressources naturelles dans la région du Marwar depuis l’indépendance de l’Inde à aujourd’hui. Les modes de gestion des ressources environnementales et agraires dans le contexte du système jagirdari, un système foncier domanial qui prévalait dans la région avant l’indépendance de l’Inde, sont d’abord présentés. S’en suit une analyse de la manière dont les diverses idéologies liées au développement postcolonial ont reconfiguré le paysage socio-administratif et environnemental de la région. Ces transformations ont engendré des désordres écologiques qui ont donné lieu à une crise environnementale et agraire qui connaît son paroxysme avec les nombreux déficits pluviométriques qui sévissent depuis la dernière décennie dans la région. À partir d’une recherche de terrain effectuée dans la communauté de Givas, l’impact – au plan physique et métaphysique – de ces problèmes environnementaux sur la population locale est examiné. L’étude porte également sur les réponses à ces changements, soit les stratégies de subsistance adoptées par la population locale, de même que les interventions déployées par une organisation non gouvernementale et par l’État indien – à travers le National Rural Employment Guarantee Act (NREGA). L’analyse démontre que l’expérience de la dégradation de l’environnement, à travers ses effets et les stratégies d’adaptation qui s’en suivent, est tributaire de facteurs politiques, économiques et socioculturels et donc différenciée selon le genre, la classe et la caste.

La dimension humaine des enjeux environnementaux dans un bassin versant au Brésil

RÉSUMÉ La richesse en ressources naturelles est une source de développement économique et social, mais peut également constituer un facteur de dégradation environnementale et de problèmes pour la santé humaine. Les systèmes techniques de gestion des ressources naturelles ne sont pas suffisants pour apporter des solutions à tous les problèmes environnementaux. Mises à part les catastrophes naturelles, c'est l'intervention humaine qui cause la grande majorité des problèmes environnementaux. C'est pour comprendre cette dynamique entre les facteurs naturels et les facteurs économiques, sociaux, politiques, culturels et psychosociologiques que nous avons choisi de centrer cette thèse sur la dimension humaine des problèmes environnementaux – ce qui implique l'analyse des dimensions psychosociologiques et sociales entourant les problèmes environnementaux. Pour une gestion efficace des ressources naturelles, il nous faut donc comprendre l'action humaine, ses motivations et ses contraintes, ses orientations de valeurs et ses croyances, qui orientent les perceptions, les attitudes et les comportements humains par rapport à leur environnement. Pour ce faire, l’étude de valeurs, attitudes, croyances et comportements passe par l’examen attentif des concepts et de leurs définitions, ainsi que par l’analyse des diverses « dimensions » auxquelles chacun des concepts fait référence. Cette thèse porte justement sur les relations entre les valeurs, les croyances, les attitudes et les comportements humains par rapport aux problèmes environnementaux. Pour ce faire, nous avons utilisé un sondage auprès de 1800 répondants, habitants de la région du bassin versant de la Rio das Velhas, située dans la province du Minas Gerais, au Brésil.

Accès social à l'eau : étude de cas dans un village mossi du Yatenga

L’objectif de ce mémoire est d’examiner l’accès à l’eau d’un point de vue non pas technologique mais social. Toute société humaine a eu à régler la question de l’accès à l’eau. C’est particulièrement le cas des populations vivant sous un climat aride comme au Sahel, où cette ressource est rare. Le village d’étude est situé au nord du Burkina Faso, dans la région du Yatenga. J’examinerai d’abord la répartition temporelle et spatiale des groupes et des puits sur le territoire, puis la question de la régulation de l’accès à l’eau en tant qu’enjeu politique au sein des structures traditionnelles. Je montrerai qu’il permet tantôt de renforcer les hiérarchies sociales existantes, et tantôt de les dépasser. J’examinerai enfin l’accès à l’eau de différents groupes d’usagers : femmes, hommes, jeunes, vieux, agriculteurs, éleveurs. Je montrerai que leur condition d’accès est implicitement régulée, et limite les possibilités d’expansion économique de certains d’entre eux. Dans cette société en mutation, les usagers désavantagés peuvent développer des tactiques leur permettant de contourner ces contraintes. L’accès à l’eau est alors pris dans un jeu de stratégies antagonistes, celle de la reproduction sociale et celle du changement.

Living and fishing in a marine protected area : balancing traditional fisheries with conservation in Karimunjawa National Park, Indonesia

Cette recherche a porté sur quelques enjeux importants liés à la gestion des aires marines protégées (AMP) en Indonésie en examinant comment celles-ci sont en mesure d'adapter leurs politiques afin de mieux répondre à l'évolution des conditions socioéconomiques et écologiques, quels ont été les impacts socioéconomiques de ces aires, et quelles sont les préoccupations environnementales des acteurs locaux dont les moyens de subsistance dépendent des ressources règlementées. Le «livelihoods framework » a servi de guide pour notre analyse des changements socioéconomiques dans la région, tandis que la notion d’« environmentality » d’Agrawal a fourni les bases théoriques pour l'examen de la formation de sujets environnementaux au parc national de Karimunjawa. Cette étude a montré que les changements de politique apportés au plan de la gestion du parc sont un pas dans la bonne direction, mais que les objectifs importants liés sa cogestion n'ont jamais été entièrement réalisés dans la pratique. Les résultats montrent également que d'importants changements socioéconomiques surviennent dans le parc, de nombreux pêcheurs se tournent vers des moyens de subsistance alternatifs, afin de compenser la baisse des prises de poissons. Enfin, cette étude a révélé que d'importants changements positifs dans les préoccupations environnementales sont survenus depuis la modification du zonage du parc, mais que ceux-ci ne se sont pas entièrement traduits en conformité avec les règles et règlements de l'AMP.

Redevances forestièrse annuelles et développement local au Cameroun : expériences de deux communes rurales : une analyse anthropologique

Notre thèse étudie les liens entre les « redevances forestières annuelles » (RFA) et le « développement local » dans deux communes du Cameroun. Ce travail anthropologique s’inscrit dans le débat qui se fait à l’échelle internationale relativement au rôle et au devenir des populations locales dans la gestion des ressources naturelles. Dans le passé, la gestion des redevances forestières annuelles (RFA) a été, dans les pays d’Afrique centrale et au Cameroun en particulier, sous la seule responsabilité de l’État central. Une telle politique n’offrait pas la garantie nécessaire à l’utilisation durable de ces ressources qui sont indispensables à la vie des populations villageoises riveraines et à l’équilibre de l’environnement. Profitant de la crise des années 1980 et 1990 en Afrique, le FMI et la Banque mondiale ont exercé une pression sur les États africains pour qu’ils revoient, en conformité avec la Conférence de Rio (1992), leurs politiques en matière de gestion et de conservation des ressources forestières. Dans le bassin du Congo, le Cameroun a été le tout premier pays à réviser, en 1994, ses lois forestières par le biais d’une décentralisation de la fiscalité forestière : les taxes perçues furent réparties entre l’État, les collectivités territoriales décentralisées et les populations villageoises riveraines. Les fonds transférés aux communes et aux populations riveraines devaient servir au développement local en contribuant notamment à l’amélioration des conditions générales de vie des populations à travers la réalisation d’œuvres sociales, l’adduction d’eau, la construction et l’entretien des routes, des écoles, des cases de santé, etc. Dans les faits, l’impact de la fiscalité forestière décentralisée reste à ce jour encore peu visible sur la dynamique du développement local des communes. Notre projet de recherche doctorale prend place dans le domaine d’une anthropologie du développement centrée sur l’étude des solutions que les populations locales apportent aux problèmes auxquels elles sont confrontées dans leur vie de tous les jours. L’analyse des impacts que les politiques de développement économique exercent sur les populations villageoises d’Afrique est ici à l’avant-plan, pas seulement au sens d’une critique des politiques étatiques en matière d’exploitation forestière, mais aussi au sens d’une meilleure compréhension des conditions de mise en œuvre de ces politiques et de l’impact de celles-ci sur les populations villageoises, tant sur le plan des avantages financiers directs que des transformations écologiques que les activités forestières introduisent dans les pratiques agricoles des villageois. Sur le plan méthodologique, il faut noter que ce fut très difficile d’obtenir les informations nécessaires, notre sujet d’étude se révélant être très sensible quant à sa portée politique. Nous avons néanmoins pu recueillir un solide ensemble de données par le biais d’une démarche de proximité de type qualitatif qui a été conduite dans deux communes forestières qui représentent deux réalités différentes en matière de gestion des RFA. La collecte des données a été faite, de manière intensive, dans sept villages qui répondaient à nos critères : nous avons ainsi pu étudier, de manière approfondie, la situation des groupes sociaux les plus défavorisés qui sont exclus dans le partage des revenus forestiers. Pour construire notre cadre théorique, nous avons combiné des éléments empruntés aux théories environnementales, à l’anthropologie économique et à l’analyse des modes de gestion. Il faut noter, par ailleurs, que l’anthropologue n’est ni un aménagiste, ni un environnementaliste, ni un spécialiste des études managériales. Nous avons conduit notre étude comparative dans les communes concernées en nous fixant pour objectif de comprendre les mécanismes de gestion des RFA mis en place par les leaders locaux et d’évaluer leur impact sur l’amélioration des conditions de vie des populations villageoises et sur leur écosystème. Notre préoccupation était de savoir si les RFA constituent des vecteurs de développement socioéconomique pour des populations vivant dans et de la forêt.

Évaluation économique des services écosystémiques dans la région de Montréal : analyse spatiale et préférences exprimées

Les services écosystémiques (SE) réfèrent aux bénéfices que produisent et soutiennent la biodiversité et les écosystèmes et qui profitent à l’être humain. Dans beaucoup de cas, ils ne sont pas pris en compte dans le système économique. Cette externalisation des SE engendre des décisions sur l’utilisation du territoire et des ressources naturelles qui ignorent leur contribution à la qualité de vie des communautés. Afin notamment de sensibiliser l’opinion publique à l’importance des SE et de mieux les intégrer dans les processus décisionnels, ont été développées des démarches d’évaluation économique des SE. Dans cette thèse, nous avons cherché à comprendre à la fois comment l’utilisation passée et actuelle des sols dans la région de Montréal affecte la valeur des SE et comment ces aménités naturelles sont perçues et valorisées par la population, dans une perspective d’aménagement futur du territoire. Pour ce faire, nous avons utilisé deux approches : l’analyse spatiale recourant aux systèmes d’information géographique et l’analyse des préférences exprimées par des techniques d’enquête. Pour l’analyse spatiale, nous avons combiné des analyses cartographiques à des valeurs monétaires associées aux SE publiées dans la littérature. Nous avons alors estimé la valeur des écosystèmes d’un territoire par le transfert de bénéfices, de prix de marchés directs et de coûts évités. Cette démarche nous a permis de comprendre la relation entre l’utilisation actuelle du territoire du Grand Montréal écologique et la valeur des services fournis par les écosystèmes, que nous avons estimée à 2,2 milliards de dollars par année. Elle nous a permis aussi de mesurer les effets sur la valeur des SE du changement d’utilisation des sols entre les années 1960 et 2010. Nous avons montré que malgré différentes politiques de contrôle et d’encadrement de l’étalement urbain au cours de cette période, les pertes économiques non marchandes liées aux SE s’élèvent à 236 millions de dollars par année. Pour l’analyse des préférences exprimées, nous avons utlilisé deux méthodes, l’évaluation contingente et le choix multi-attributs, avec l’objectif de mesurer le consentement à payer de répondants pour des variations dans l’aménagement du territoire. Nous avons montré d’une part que les répondants valorisent significativement l’incidence des pratiques agro-environnementales sur la qualité de l’environnement et des paysages en consentant à payer entre 159 et 333 dollars par ménage par année pour une amélioration de la diversité du paysage agricole. D’autre part, leur volonté à payer pour l’amélioration de l’état des milieux humides du Québec est estimée entre 389 et 455 dollars par ménage par année. L’utilisation conjointe des deux méthodes nous a permis d’en comparer les résultats. Nous avons en outre démontré que le choix du format de question de valorisation de l’évaluation contingente affecte la convergence des résultats. Enfin, nous avons proposé des pistes de recherches futures portant sur l’intégration des démarches d’analyse biophysique, économique et politique dans des outils de prise de décision mieux adaptés à la dynamique des écosystèmes, de la biodiversité et des communautés humaines.

When glaciers vanish : nature, power and moral order in the indian Himalayas

La présente thèse est une étude ethnographique qui examine le savoir en tant que pratique située au Ladakh, dans l’Himalaya indien. Elle analyse les implications socioculturelles des deux moteurs de changement en jeu au Ladakh: l’un est d'origine socio-économique et lié à la production du Ladakh en tant que zone frontalière, tandis que l’autre est de nature environnementale et entrainé par les changements climatiques. Alors que le Ladakh est demeuré hors de la portée de l’État bureaucratique pendant l’administration coloniale britannique, la région s’est trouvée reconfigurée en zone frontalière stratégique après l’indépendance de l’Inde des suites des guerres successives avec le Pakistan et la Chine. L’Indépendance a mené à la partition de l’Inde et du Pakistan en 1947; cette thèse examine la portée à long terme des évènements traumatisants de la partition tels qu’ils se sont déroulés au Ladakh et comment les Ladakhis établissent des liens entre ces évènements et les changements climatiques. L’État indien s’est produit dans la région à travers une volonté de dominer les montagnes, principalement par le développement d’infrastructures et par l’intégration du savoir local des Ladakhis dans l’appareil militaire. La militarisation a restructuré l'économie du Ladakh, redéfini la structure des ménages, contribué à l’exode rural, déplacé la centralité des activités agropastorales et, tel que la dissertation le soutient, altéré de manière significative la connexion de la population locale avec l'environnement. La rationalisation croissante de la perspective sur l’environnement aujourd'hui contribue à la fragmentation des liens qui unissent les domaines naturels et humains dans la cosmologie locale de même qu’à l'abandon des pratiques rituelles connexes. Parallèlement, la région est touchée par des effets distincts des changements climatiques, en particulier la récession des glaciers. La thèse juxtapose l'expérience subjective de ces vastes changements dans la vie quotidienne des villageois de la Vallée de Sham avec les faits historiques environnementaux, démontrant ainsi que les événements historiques locaux influent sur les perceptions des changements environnementaux. L'analyse démontre qu’un phénomène objectif tel que la récession des glaciers est interprété à travers des réalités locales. Plus précisément, selon la conception du monde locale, un glacier en retrait est une figure rhétorique d’une transformation de la condition humaine. Comme le fait valoir la dissertation, l’interprétation culturelle ne constitue pas un obstacle à l'objectivité de l'histoire naturelle de la cosmologie locale. L’interprétation culturelle et l'expérience empirique s’avèrent par ailleurs essentielles à la vitalité des connaissances locales sur l'environnement et à la performance des pratiques associées.

Production of Alkaline Protease by Free and Immobilised Cells of VIBRIO sp. Under Different Fermentation Systems and Its Application on Deproteinisation of Prawn Shell Waste for Chitin Recovery

This thesis presents a detailed account of a cost - effective approach towards enhanced production of alkaline protease at profitable levels using different fermentation designs employing cheap agro-industrial residues. It involves the optimisation of process parameters for the production of a thermostable alkaline protease by Vibrio sp. V26 under solid state, submerged and biphasic fermentations, production of the enzyme using cell immobilisation technology and the application of the crude enzyme on the deproteinisation of crustacean waste.The present investigation suggests an economic move towards Improved production of alkaline protease at gainful altitudes employing different fermentation designs utilising inexpensive agro-industrial residues. Moreover, the use of agro-industrial and other solid waste substrates for fermentation helps to provide a substitute in conserving the already dwindling global energy resources. Another alternative for accomplishing economically feasible production is by the use of immobilisation technique. This method avoids the wasteful expense of continually growing microorganisms. The high protease producing potential of the organism under study ascertains their exploitation in the utilisation and management of wastes. However, strain improvement studies for the production of high yielding variants using mutagens or by gene transfer are required before recommending them to Industries.Industries, all over the world, have made several attempts to exploit the microbial diversity of this planet. For sustainable development, it is essential to discover, develop and defend this natural prosperity. The Industrial development of any country is critically dependent on the intellectual and financial investment in this area. The need of the hour is to harness the beneficial uses of microbes for maximum utilisation of natural resources and technological yields. Owing to the multitude of applications in a variety of industrial sectors, there has always been an increasing demand for novel producers and resources of alkaline proteases as well as for innovative methods of production at a commercial altitude. This investigation forms a humble endeavour towards this perspective and bequeaths hope and inspiration for inventions to follow.

Coastal regulation zone rules in coastal panchayats (villages) of Kerala, India vis-a` -vis socio-economic impacts from the recently introduced peoples’ participatory program for local self-governance and sustainable development

Coastal Regulation Zone (CRZ) notification was issued by the Ministry of Environment and Forest of Government of India in February 1991 as a part of the Environmental Protection Act of 1986 to protect the coast from eroding and to preserve its natural resources. The initial notification did not distinguish the variability and diversity of various coastal states before enforcing it on the various states and Union Territories. Impact assessments were not carried out to assess its impact on socio-economic life of the coastal population. For the very same reason, it was unnoticed or rather ignored till 1994 when the Supreme Court of India made a land mark judgment on the fate of the coastal aquaculture which by then had established as an economically successful industry in many South Indian States. Coastal aquaculture in its modern form was a prohibited activity within CRZ. Lately, only various stakeholders of the coast realized the real impact of the CRZ rules on their property rights andbusiness. To overcome the initial drawbacks several amendments were made in the regulation to suit regional needs. In 1995, another great transformation took place in the State of Kerala as a part of the reorganization of the local self government institutions into a decentralized three tier system called ‘‘Panchayathi Raj System’’. In 1997, the state government also decided to transfer the power with the required budget outlay to the grass root level panchayats (villages) and municipalities to plan and implement the various projects in their localities with the full participation of the local people by constituting Grama Sabhas (Peoples’ Forum). It is called the ‘‘Peoples’ Planning Campaign’’(Peoples’ Participatory Programme—PPP for Local Level Self-Governance). The management of all the resources including the local natural resources was largely decentralized to the level of local communities and villages. Integrated, sustainable coastal zone management has become the concern of the local population. The paper assesses the socio-economic impact of the centrally enforced CRZ and the state sponsored PPP on the coastal community in Kerala and suggests measures to improve the system and living standards of the coastal people within the framework of CRZ.

A Modeling Analysis of Changing Global Land Use as affected by Changing Demands for Wood Products

The 21st century has brought new challenges for forest management at a time when globalization in world trade is increasing and global climate change is becoming increasingly apparent. In addition to various goods and services like food, feed, timber or biofuels being provided to humans, forest ecosystems are a large store of terrestrial carbon and account for a major part of the carbon exchange between the atmosphere and the land surface. Depending on the stage of the ecosystems and/or management regimes, forests can be either sinks, or sources of carbon. At the global scale, rapid economic development and a growing world population have raised much concern over the use of natural resources, especially forest resources. The challenging question is how can the global demands for forest commodities be satisfied in an increasingly globalised economy, and where could they potentially be produced? For this purpose, wood demand estimates need to be integrated in a framework, which is able to adequately handle the competition for land between major land-use options such as residential land or agricultural land. This thesis is organised in accordance with the requirements to integrate the simulation of forest changes based on wood extraction in an existing framework for global land-use modelling called LandSHIFT. Accordingly, the following neuralgic points for research have been identified: (1) a review of existing global-scale economic forest sector models (2) simulation of global wood production under selected scenarios (3) simulation of global vegetation carbon yields and (4) the implementation of a land-use allocation procedure to simulate the impact of wood extraction on forest land-cover. Modelling the spatial dynamics of forests on the global scale requires two important inputs: (1) simulated long-term wood demand data to determine future roundwood harvests in each country and (2) the changes in the spatial distribution of woody biomass stocks to determine how much of the resource is available to satisfy the simulated wood demands. First, three global timber market models are reviewed and compared in order to select a suitable economic model to generate wood demand scenario data for the forest sector in LandSHIFT. The comparison indicates that the ‘Global Forest Products Model’ (GFPM) is most suitable for obtaining projections on future roundwood harvests for further study with the LandSHIFT forest sector. Accordingly, the GFPM is adapted and applied to simulate wood demands for the global forestry sector conditional on selected scenarios from the Millennium Ecosystem Assessment and the Global Environmental Outlook until 2050. Secondly, the Lund-Potsdam-Jena (LPJ) dynamic global vegetation model is utilized to simulate the change in potential vegetation carbon stocks for the forested locations in LandSHIFT. The LPJ data is used in collaboration with spatially explicit forest inventory data on aboveground biomass to allocate the demands for raw forest products and identify locations of deforestation. Using the previous results as an input, a methodology to simulate the spatial dynamics of forests based on wood extraction is developed within the LandSHIFT framework. The land-use allocation procedure specified in the module translates the country level demands for forest products into woody biomass requirements for forest areas, and allocates these on a five arc minute grid. In a first version, the model assumes only actual conditions through the entire study period and does not explicitly address forest age structure. Although the module is in a very preliminary stage of development, it already captures the effects of important drivers of land-use change like cropland and urban expansion. As a first plausibility test, the module performance is tested under three forest management scenarios. The module succeeds in responding to changing inputs in an expected and consistent manner. The entire methodology is applied in an exemplary scenario analysis for India. A couple of future research priorities need to be addressed, particularly the incorporation of plantation establishments; issue of age structure dynamics; as well as the implementation of a new technology change factor in the GFPM which can allow the specification of substituting raw wood products (especially fuelwood) by other non-wood products.

The role of ligneous vegetation for livestock nutrition in the sub-Sahelian and Sudanian zones of West Africa: Potential effects of climate change

Climate change and variability in sub-Saharan West Africa is expected to have negative consequences for crop and livestock farming due to the strong dependence of these sectors on rainfall and natural resources, and the low adaptive capacity of crops farmers, agro-pastoralist and pastoralists in the region. The objective of this PhD research was to investigate the anticipated impacts of expected future climate change and variability on nutrition and grazing management of livestock in the prevailing extensive agro-pastoral and pastoral systems of the Sahelian and Sudanian zones of Burkina Faso. To achieve this, three studies were undertaken in selected village territories (100 km² each) in the southern Sahelian (Taffogo), northern Sudanian (Nobere, Safane) and southern Sudanian (Sokouraba) zone of the country during 2009 and 2010. The choice of two villages in the northern Sudanian zone was guided by the dichotomy between intense agricultural land use and high population density near Safane, and lower agricultural land use in the tampon zone between the village of Nobere and the National Park Kaboré Tambi of Pô. Using global positioning and geographical information systems tools, the spatio-temporal variation in the use of grazing areas by cattle, sheep and goats, and in their foraging behaviour in the four villages was assessed by monitoring three herds each per species during a one-year cycle (Chapter 2). Maximum itinerary lengths (km/d) were observed in the hot dry season (March-May); they were longer for sheep (18.8) and cattle (17.4) than for goats (10.5, p<0.05). Daily total grazing time spent on pasture ranged from 6 - 11 h with cattle staying longer on pasture than small ruminants (p<0.05). Feeding time accounted for 52% - 72% of daily time on pasture, irrespective of species. Herds spent longer time on pasture and walked farther distances in the southern Sahelian than the two Sudanian zones (p<0.01), while daily feeding time was longer in the southern Sudanian than in the other two zones (p>0.05). Proportional time spent resting decreased from the rainy (June - October) to the cool (November - February) and hot dry season (p<0.05), while in parallel the proportion of walking time increased. Feeding time of all species was to a significantly high proportion spent on wooded land (tree crown cover 5-10%, or shrub cover >10%) in the southern Sahelian zone, and on forest land (tree crown cover >10%) in the two Sudanian zones, irrespective of season. It is concluded that with the expansion of cropland in the whole region, remaining islands of wooded land, including also fields fallowed for three or more years with their considerable shrub cover, are particularly valuable pasturing areas for ruminant stock. Measures must be taken that counteract the shrinking of wooded land and forests across the whole region, including also active protection and (re)establishment of drought-tolerant fodder trees. Observation of the selection behaviour of the above herds of cattle and small ruminant as far as browse species were concerned, and interviews with 75 of Fulani livestock keepers on use of browse as feed by their ruminant stock and as remedies for animal disease treatment was undertaken (Chapter 3) in order to evaluate the consequence of climate change for the contribution of browse to livestock nutrition and animal health in the extensive grazing-based livestock systems. The results indicated that grazing cattle and small ruminants do make considerable use of browse species on pasture across the studied agro-ecological zones. Goats spent more time (p<0.01) feeding on browse species than sheep and cattle, which spent a low to moderate proportion of their feeding time on browsing in any of the study sites. As far as the agro-ecological zones were concerned, the contribution of browse species to livestock nutrition was more important in the southern Sahelian and northern Sudanian zone than the southern Sudanian zone, and this contribution is higher during the cold and hot dry season than during the rainy season. A total of 75 browse species were selected on pasture year around, whereby cattle strongly preferred Afzelia africana, Pterocarpus erinaceus and Piliostigma sp., while sheep and goats primarily fed on Balanites aegyptiaca, Ziziphus mauritiana and Acacia sp. Crude protein concentration (in DM) of pods or fruits of the most important browse species selected by goats, sheep and cattle ranged from 7% to 13% for pods, and from 10% to 18% for foliage. The concentration of digestible organic matter of preferred browse species mostly ranged from 40% to 60%, and the concentrations of total phenols, condensed tannins and acid detergent lignin were low. Linear regression analyses showed that browse preference on pasture is strongly related to its contents (% of DM) of CP, ADF, NDF and OM digestibility. Interviewed livestock keepers reported that browse species are increasingly use by their grazing animals, while for animal health care use of tree- and shrub-based remedies decreased over the last two decades. It is concluded that due to climate change with expected negative impact on the productivity of the herbaceous layer of communal pastures browse fodder will gain in importance for animal nutrition. Therefore re-establishment and dissemination of locally adapted browse species preferred by ruminants is needed to increase the nutritional situation of ruminant stock in the region and contribute to species diversity and soil fertility restoration in degraded pasture areas. In Chapter 4 a combination of household surveys and participatory research approaches was used in the four villages, and additionally in the village of Zogoré (southern Sahelian zone) and of Karangasso Vigué (northern Sudanian zone) to investigate pastoralists’ (n= 76) and agro-pastoralists’ (n= 83) perception of climate change, and their adaptation strategies in crop and livestock production at farm level. Across the three agro-ecological zones, the majority of the interviewees perceived an increase in maximum day temperatures and decrease of total annual rainfall over the last two decades. Perceptions of change in climate patterns were in line with meteorological data for increased temperatures while for total rainfall farmers’ views contrasted the rainfall records which showed a slight increase of precipitation. According to all interviewees climate change and variability have negative impacts on their crop and animal husbandry, and most of them already adopted some coping and adaptation strategies at farm level to secure their livelihoods and reduce negative impacts on their farming system. Although these strategies are valuable and can help crop and livestock farmers to cope with the recurrent droughts and climate variability, they are not effective against expected extreme climate events. Governmental and non-governmental organisations should develop effective policies and strategies at local, regional and national level to support farmers in their endeavours to cope with climate change phenomena; measures should be site-specific and take into account farmers’ experiences and strategies already in place.

Changes of traditional farming systems and their effects on land degradation and socio-economic conditions in the Inle Lake region, Myanmar

At many locations in Myanmar, ongoing changes in land use have negative environmental impacts and threaten natural ecosystems at local, regional and national scales. In particular, the watershed area of Inle Lake in eastern Myanmar is strongly affected by the environmental effects of deforestation and soil erosion caused by agricultural intensification and expansion of agricultural land, which are exacerbated by the increasing population pressure and the growing number of tourists. This thesis, therefore, focuses on land use changes in traditional farming systems and their effects on socio-economic and biophysical factors to improve our understanding of sustainable natural resource management of this wetland ecosystem. The main objectives of this research were to: (1) assess the noticeable land transformations in space and time, (2) identify the typical farming systems as well as the divergent livelihood strategies, and finally, (3) estimate soil erosion risk in the different agro-ecological zones surrounding the Inle Lake watershed area. GIS and remote sensing techniques allowed to identify the dynamic land use and land cover changes (LUCC) during the past 40 years based on historical Corona images (1968) and Landsat images (1989, 2000 and 2009). In this study, 12 land cover classes were identified and a supervised classification was used for the Landsat datasets, whereas a visual interpretation approach was conducted for the Corona images. Within the past 40 years, the main landscape transformation processes were deforestation (- 49%), urbanization (+ 203%), agricultural expansion (+ 34%) with a notably increase of floating gardens (+ 390%), land abandonment (+ 167%), and marshlands losses in wetland area (- 83%) and water bodies (- 16%). The main driving forces of LUCC appeared to be high population growth, urbanization and settlements, a lack of sustainable land use and environmental management policies, wide-spread rural poverty, an open market economy and changes in market prices and access. To identify the diverse livelihood strategies in the Inle Lake watershed area and the diversity of income generating activities, household surveys were conducted (total: 301 households) using a stratified random sampling design in three different agro-ecological zones: floating gardens (FG), lowland cultivation (LL) and upland cultivation (UP). A cluster and discriminant analysis revealed that livelihood strategies and socio-economic situations of local communities differed significantly in the different zones. For all three zones, different livelihood strategies were identified which differed mainly in the amount of on-farm and off-farm income, and the level of income diversification. The gross margin for each household from agricultural production in the floating garden, lowland and upland cultivation was US$ 2108, 892 and 619 ha-1 respectively. Among the typical farming systems in these zones, tomato (Lycopersicon esculentum L.) plantation in the floating gardens yielded the highest net benefits, but caused negative environmental impacts given the overuse of inorganic fertilizers and pesticides. The Revised Universal Soil Loss Equation (RUSLE) and spatial analysis within GIS were applied to estimate soil erosion risk in the different agricultural zones and for the main cropping systems of the study region. The results revealed that the average soil losses in year 1989, 2000 and 2009 amounted to 20, 10 and 26 t ha-1, respectively and barren land along the steep slopes had the highest soil erosion risk with 85% of the total soil losses in the study area. Yearly fluctuations were mainly caused by changes in the amount of annual precipitation and the dynamics of LUCC such as deforestation and agriculture extension with inappropriate land use and unsustainable cropping systems. Among the typical cropping systems, upland rainfed rice (Oryza sativa L.) cultivation had the highest rate of soil erosion (20 t ha-1yr-1) followed by sebesten (Cordia dichotoma) and turmeric (Curcuma longa) plantation in the UP zone. This study indicated that the hotspot region of soil erosion risk were upland mountain areas, especially in the western part of the Inle lake. Soil conservation practices are thus urgently needed to control soil erosion and lake sedimentation and to conserve the wetland ecosystem. Most farmers have not yet implemented soil conservation measures to reduce soil erosion impacts such as land degradation, sedimentation and water pollution in Inle Lake, which is partly due to the low economic development and poverty in the region. Key challenges of agriculture in the hilly landscapes can be summarized as follows: fostering the sustainable land use of farming systems for the maintenance of ecosystem services and functions while improving the social and economic well-being of the population, integrated natural resources management policies and increasing the diversification of income opportunities to reduce pressure on forest and natural resources.

Análisis del Proyecto Mesoaméricano y su incidencia en la integración de la Región Centroaméricana y Colombia : Período de Estudio 2001-2007

El Proyecto Mesoamericano es un proyecto de integración entre los países de Mesoamerica; es decir, que es una integración entre los nueves Estados del Sureste de México (Campeche, Chiapas, Guerrero, Oaxaca, Puebla, Quintana Roo, Tabasco, Veracruz y Yucatán)y los territorios de Guatemala, El Salvador, Belice, Honduras, Nicaragua, Costa Rica y Panamá. Aunque a partir del 2006 Colombia ingresó con todos los derechos de participación. El proyecto busca principalmente aumentar la calidad de vida de los habitantes potencializando el desarrollo económico, reduciendo la pobreza, aumentando el capital humano y natural de la región, dentro de un contexto de respeto a la diversidad cultural, étnica e inclusión social. Para esto el Proyecto Mesoamericano se ha dividido en 9 Iniciativas las cuales a cada país le corresponde desarrollar cada una. Es por esto que a México le correspondió desarrollar la Iniciativa de Desarrollo Humano; a Belice la iniciativa de Turismo; a Guatemala la Iniciativa Energética; a El Salvador, Telecomunicaciones; a Costa Rica, Transporte; a Honduras Facilitación Comercial y Competitividad; a Nicaragua, Desarrollo Sostenible; a Panamá, Prevención y Mitigación de Desastres Naturales y finalmente a Colombia le correspondió desarrollar el tema de los biocombustibles. estas Iniciativas todas tienen la misma importancia pero a diferencia de las otras; la Iniciativa Energética es la más desarrollada y ejecutada hasta el momento por ser la más grande; entre sus proyectos están: El Sistema de Interconexión Eléctrica SIEPAC, la Interconexión Eléctrica entre México y Guatemala, la Interconexión Eléctrica entre Panamá y Colombia, el Proyecto de Biocombustibles y las Energías Renovables. Esta Iniciativa ha hecho que la integración entre los países de la región se afiance mucho más. Aunque todavía existe mucho rechazo por parte de la población campesina e indígena por el temor a perder sus recursos naturales y que estos sean privatizados. De igual forma Colombia es muy importante para el proyecto puesto que Colombia geoestratégicamente es el puente entre Centroamérica y Suramérica y es un factor clave para el Proyecto Mesoamericano.