Sophie Plassin

Après 50 ans d’avancée des fronts pionniers, l’Amazonie orientale brésilienne aborde une phase de transition agraire. Face à la fermeture de la frontière limitant l’accès au foncier et à la fertilité forestière, les éleveurs bovins ont initié un mouvement d’intensification de l’usage des sols. Malgré les enjeux environnementaux que soulèvent de tels changements, cette dynamique d’intensification est encore mal comprise, notamment dans sa dimension spatiale et dans sa capacité à favoriser des paysages éco-efficients, c’est-à-dire des paysages au sein desquels les pratiques et leur localisation optimiseraient l’utilisation des ressources naturelles. Pour adresser ces questions, cette thèse propose de décrire et modéliser les interactions entre le système de décision des exploitants, les paysages et leurs ressources dans une diversité de fermes d’élevage.Dans un premier temps, un travail de terrain a été conduit dans deux territoires au sud et sud-est de l’Etat du Pará, Paragominas et Redenção. A partir d’enquêtes et d’une analyse des trajectoires d’exploitation et des paysages, nous avons caractérisé six types de stratégies d’intensification, qualifié leurs effets sur un certain nombre de ressources naturelles et étudié les perceptions des éleveurs sur ces ressources. Dans un deuxième temps, nous avons développé un modèle multi-agents afin de simuler sur 20 ans les effets des stratégies d’intensification sur les paysages et leurs ressources et évaluer la faisabilité d’adoption de ces stratégies dans différentes situations agraires. Le modèle a été utilisé pour explorer deux scénarios d’intensification : l’un semi-intensif basé uniquement sur une conduite améliorée des pâturages, et l’autre intensif basé sur l’intégration agriculture-élevage et l’irrigation.Les résultats montrent que le processus d’intensification conduit à une reconfiguration des usages des sols dans les paysages. Après une phase de colonisation où l’occupation des sols était essentiellement guidée par l’appropriation du foncier, les éleveurs ont tendance à intensifier les parcelles aux conditions biophysiques les plus favorables à la production fourragère et les plus proches et accessibles. Ces stratégies visent à mieux valoriser diverses ressources naturelles (topographie, fertilité et drainage des sols, eau de surface ou souterraine pour l’irrigation) et à optimiser les déplacements. Les éleveurs choisissent toutefois différentes pratiques et agencements spatiaux en fonction de la situation agraire de l’exploitation et du degré d’hétérogénéité de l’environnement biophysique. Par ailleurs, les sorties des simulations soulignent que le processus d’intensification permet de réduire les besoins en surface fourragère pour un même niveau de production animale. Les éleveurs sont ainsi capables d’augmenter la taille de leur troupeau tout en régénérant des forêts sur les zones sensibles et marginales. Cependant, faute de main d’œuvre disponible, le processus d’intensification reste limité dans l’espace. En termes d’évolution des paysages, les éleveurs positionnent différemment les usages des sols en fonction du type d’unités géomorphologiques, ce qui se traduit par une dynamique spatio-temporelle des ressources naturelles contrastée.Concilier élevage et forêt dans des paysages éco-efficients constitue un défi important pour la région amazonienne. A cet effet, cette thèse montre l’importance de raisonner les espaces voués à l’intensification et à la conservation en tenant compte des projets des exploitations et des effets de leurs pratiques et de leur agencement sur les ressources naturelles. Elle identifie plusieurs leviers et blocages pour accompagner cette transition. Enfin, elle suggère de futures perspectives de recherche portant sur la compréhension des décisions, la modélisation et l’élargissement de l’échelle d’analyse afin d’apprécier l’influence de facteurs externes sur les stratégies et intégrer un plus grand nombre d’interactions écologiques et sociales.

Sandoval-Solis, S., S. Paladino, L. E. Garza-Diaz, L. F. Nava, J. R. Friedman, J. Ortiz-Partida, S. Plassin, G. Gomez-Quiroga, J. A. Koch, J. Fleming, B. A. Lane, S. Wineland, A. Mirchi, R. Saiz-Rodriguez, and T. Neeson. 2022. Environmental flows in the Rio Grande - Rio Bravo basin. Ecology and Society 27(1):20. https://doi.org/10.5751/ES-12944-270120

Environmental flows (e‐flows) are powerful tools for sustaining freshwater biodiversity and ecosystem services, but their widespread implementation faces numerous social, political, and economic barriers. These barriers are amplified in water‐limited systems where strong trade‐offs exist between human water needs and freshwater ecosystem protection. We synthesize the complex, multidisciplinary challenges that exist in these systems to help identify targeted solutions to accelerate the adoption and implementation of environmental flows initiatives. We present case studies from three water‐limited systems in North America and synthesize the major barriers to implementing environmental flows. We identify four common barriers: (a) lack of authority to implement e‐flows in water governance structures, (b) fragmented water governance in transboundary water systems, (c) declining water availability and increasing variability under climate change, and (d) lack of consideration of non‐biophysical factors. We then formulate actionable recommendations for decision makers facing these barriers when working towards implementing environmental flows: (a) modify or establish a water governance framework to recognize or allow e‐flows, (b) strive for collaboration across political jurisdictions and social, economic, and environmental sectors, and (c) manage adaptively for climate change in e‐flows planning and recommendations.This article is categorized under: Water and Life > Conservation, Management, and Awareness Human Water > Water Governance Engineering Water > Planning Water

Improving our understanding of land-use change is critical for water management in semi-arid areas, due to its effects on the hydrological cycle. In the U.S. Southwest, fallowing farmland has become one strategy to reduce water use. Previous to this study, the magnitude and location of changes in fallowing have not been studied in depth. Using the 30-meter Cropland Data Layer, this study assessed the spatial and temporal patterns of fallowing in the U.S. portion of the Rio Grande/Río Bravo Basin (RGB) at three spatial scales (basin, state, and ecoregion) between 2008 and 2018. Our results do not show evidence of an increasing trend in fallowing at the basin level. However, the spatio-temporal patterns differed considerably among states and ecoregions, revealing hotspots of fallowing. By showing that land fallowing is not a widespread practice across the basin, our findings indicate that the potential of this strategy to save water has been underused.

Beyond reducing deforestation, the control of forest degradation, the promotion of forest restoration, and the improvement of agricultural practices in the Brazilian Amazon are becoming increasingly important for sustainable development. To enable farmers and authorities to organize their landscapes and optimize both agricultural practices and the provision of ecosystem services, mapping land suitability is essential, but it is lacking in the region. In this paper, we present a method for mapping land suitability at a fine scale (30-m pixels), adapted to the needs of farmers and municipalities, to not only optimize agricultural production but also the ecosystem services provided by forests. We used topographic data from the Brazilian municipality of Paragominas to produce four maps, one each of soil texture, slope, floodplains, and hydrography, that we then combined into a single land suitability map. This map has been incorporated into a spatial database, which also contains information on land use, remoteness, and land tenure. We performed spatial analyses to measure the process of land use change, and to define indicators that enable local stakeholders to organize landscape restoration. We highlight an organic link between agricultural intensification and forest restoration, and provide a spatial tool for landscape design, assessment, and monitoring.

The Journal of Applied Remote Sensing (JARS) is an online journal that optimizes the communication of concepts, information, and progress within the remote sensing community to improve the societal benefit for monitoring and management of natural disasters, weather forecasting, agricultural and urban land-use planning, environmental quality monitoring, ecological restoration, and numerous other commercial and scientific applications.

Integrative research on water resources requires a wide range of socio-environmental datasets to better understand human-water interactions and inform decision-making. However, in transboundary watersheds, integrating cross-disciplinary and multinational datasets is a daunting task due to the disparity of data sources and the inconsistencies in data format, content, resolution, and language. This paper introduces a socio-environmental geodatabase that transcends political and disciplinary boundaries in the Rio Grande/Río Bravo basin (RGB). The geodatabase aggregates 145 GIS data layers on five main themes: (i) Water & Land Governance, (ii) Hydrology, (iii) Water Use & Hydraulic Infrastructures, (iv) Socio-Economics, and (v) Biophysical Environment. Datasets were primarily collected from public open-access data sources, processed with ArcGIS, and documented through the FGCD metadata standard. By synthesizing a broad array of datasets and mapping public and private water governance, we expect to advance interdisciplinary research in the RGB, provide a replicable approach to dataset compilation for transboundary watersheds, and ultimately foster transboundary collaboration for sustainable resource management.

Social processes are essential components of human-environment systems and their dynamics. However, modeling a tightly coupled socio-environmental system over a large area and across wide social and environmental diversity presents several challenges, given the complexity of the interactions and their spatial heterogeneity. The transboundary Rio Grande/Río Bravo (RGB) Basin is an excellent case study to address these challenges. Water scarcity and over-allocation of water are present in a highly engineered system with extensive damming and a complex structure of agreements and compacts that govern the distribution of hydrological resources among users. Since no basin-wide approaches to modeling the RGB as a socio-environmental system exist, we attempt to close this gap. Building on data collected through extensive ethnographic fieldwork, we used a structured, collaborative, and integrative approach for documenting existing knowledge on and modeling of the RGB socio-environmental system. We assess different models for conceptualizing human behavior applied in the RGB, identify a need to redefine the (spatial) boundaries of the system and produce inductively generated knowledge about the interlinkages of social processes with environmental system components in the form of a semi-quantitative conceptual model. Our research demonstrates an alternative to ad-hoc approaches to defining “the social” in socio-environmental models and is a first step towards the development of a basin-wide computer simulation model of the RGB socio-environmental system.

En Amazonie brésilienne, l’expansion de l’élevage bovin extensif a été l’un des principaux moteurs de déforestation et a conduit à de larges surfaces en pâturages dégradés. De grandes attentes ont été placées dans l’intensification de l’usage des sols pour récupérer les pâturages, améliorer les performances économiques des élevages et réduire les pressions sur les forêts. Malgré les enjeux environnementaux, ce processus est encore mal compris notamment sur le plan spatial. Dans cette étude, nous produisons des connaissances sur les décisions d’intensification de l’usage des sols des éleveurs de fronts post-pionniers, à travers une approche par le paysage et par les trajectoires des exploitations. Le paysage, conceptualisé comme un agroécosystème spatialisé, nous permet d’analyser les interactions entre les systèmes de décision des éleveurs et les ressources naturelles localisées dans l’espace, tandis que l’étude des trajectoires des exploitations vise à comprendre les changements socio-techniques sur le temps long et les liens avec les dynamiques de paysages. Notre méthodologie est basée sur des entretiens semi-directifs et rétrospectifs, ainsi que l’élaboration de modèles graphiques paysagers dans six établissements agricoles. Nos résultats montrent que les éleveurs, dans leur large diversité, développent des stratégies d’intensification d’usage des sols très diverses, visant une optimisation spatiale de l’usage des ressources, notamment naturelles (eau, topographie, fertilité des sols). L’espace fourrager n’est pas uniformément intensifié, se traduisant par des modèles paysagers plus hétérogènes que dans les systèmes pionniers. Cette dynamique est plus complexe et efficiente que la seule récupération des pâturages dégradés. Pour accompagner les systèmes d’élevage vers un meilleur usage des ressources naturelles en Amazonie brésilienne, nous recommandons la mise en place de politiques encourageant l’adoption de pratiques plus éco-efficientes et de raisonner l’organisation spatiale des espaces voués à l’intensification ou à la régénération forestière.

We present a 1:100,000 scale soil texture map of Paragominas county (Pará, Brazil), covering 19,330 km². The method allows rapid production of a soil texture map of a large area where the strength of a duricrust controls the relief. It is based on an easily accessible explanatory variable, topography, which is represented using a Digital Elevation Model. The method makes it possible to map the spatial distribution of the texture of the topsoil layer. Modelling was complemented by field observations to identify the laws governing the spatial organisation of soil textures. The spatial variability of the elevation above sea-level of the duricrust was obtained by Kriging. The error rate of the resulting map is 26%, and the observations of the four soil texture units were respectively 78%, 90%, 41% and 60% accurately located.