Modeling water regulation ecosystem services: A review in the context of ecosystem accounting

Natural Capital Accounting (NCA) has evolved rapidly in recent years through substantial efforts of both international organizations and the scientific community. Water regulation ecosystem services (ES) are key elements of regulating services in ecosystem accounting, with most relevant studies strongly relying on models for ES quantification up to now. In this paper, we provide a review of modeling efforts for water regulation ES based on 148 scientific papers, properly systematized, analyzed and interpreted by using a detailed and structured original template. We examined emerging trends and gaps in model applications and the readiness to integrate them into the NCA and SEEA-EA frameworks. We propose a classification scheme which organizes the 92 different models and modeling approaches identified in the review process into eight model categories so that this scheme can be efficiently used in the water ES assessment of and for further integration into the accounting framework. Among the models, the hydrologic model SWAT and the modeling tool InVEST are by far the most popular. The results of the review revealed differences between the general ES literature and the accounting-related papers. Moreover, our analysis sets the basis for useful recommendations of which model categories are the most appropriate for the water regulation ES, included in the SEEA-EA reference list. Based on the number of relevant papers, the reliability and the confidence level of the recommendations for the use of models have been incorporated in our analysis. We highlight as model category with the highest confidence the ones relative to quantification water flow and flood control service aiming at ES accounting. Models for erosion control ES can only be recommended with a lower confidence, while for water purification the results lack clear evidence for using a particular group of models. Based on the research findings we identified the main research priorities on model integration in the accounting of water regulation ES: 1) further development of guidelines for the use of models in ecosystem accounting; 2) analyses of the spatial aspects of the model towards a clear distinction between ecosystem service supply and use; and 3) development of integrated modeling approaches for water regulation ES accounting. © 2022 The Author(s

Assessment of spatial variability of multiple ecosystem services in grasslands of different intensities

Grasslands provide multiple Ecosystem Services (ES) such as forage provision, carbon sequestration or habitat provision. Knowledge about the trade-offs between these ES is of great importance for grassland management. Yet, the outcome of different management strategies on ES provision is highly uncertain due to spatial variability. We aim to characterize the provision (level and spatial variability) of grassland ES under various management strategies. To do so, we combine empirical data for multiple ES with spatially explicit census data on land use intensities. We analyzed the variations of five ES (forage provision, climate regulation, pollination, biodiversity conservation and outdoor recreation) using data from biodiversity fieldwork, experimental plots for carbon as well as social network data from Flickr. These data were used to calculate the distribution of modelled individual and multiple ES values from different grassland management types in a Swiss case study region using spatial explicit information for 17,383 grassland parcels. Our results show that (1) management regime and intensity levels play an important role in ES provision but their impact depends on the ES. In general, extensive management, especially in pastures, favors all ES but forage provision, whereas intensive management favors only forage provision and outdoor recreation; (2) ES potential provision varies between parcels under the same management due to the influence of environmental drivers, related to topography and landscape structure; (3) there is a trade-offs between forage provision and other ES at the cantonal level but a synergy between forage provision and biodiversity conservation within the grassland categories, due to the negative impact of elevation on both ES. Information about multiple ES provision is key to support effective agri-environmental measures and information about the spatial variability can prevent uncertain outputs of decision-making processes

Mapping ecosystem services to analyze the human-nature relations in the context of the Amazonian pioneer front : critical analysis of an environmental management tool

Pour mettre en oeuvre les services écosystémiques, notion clé de la gestion environnementale, de plus en plus d’acteurs se tournent vers la quantification et la spatialisation. Par sa dimension opérationnelle qui semble être naturelle pour beaucoup d'acteurs, la cartographie des services écosystémiques est souvent considérée comme un outil déjà opérant et neutre. Or, la représentation cartographique implique des choix qui ne sont pas neutres. En soulevant des doutes et des limitations techniques, qui reflètent bien souvent des failles de la notion, la cartographie peut aussi être considéréecomme une manière d'analyser de façon critique la notion. Cette thèse vise ainsi à étudier l’outil cartographique appliqué aux services écosystémiques afin de comprendre son apport potentiel pour la gestion environnementale. Pour ce faire, elle analyse de manière critique la dimension méthodologique de la notion de services écosystémiques et de sa cartographie. En outre, elle cherche à favoriser la compréhension des liens entre pratiques anthropiques et l'état du milieu naturel, notamment en déterminant les facteurs de contrôle qui permettent de quantifier les services. Cette thèse s’appuie sur le cas des espaces de déforestation en Amazonie brésilienne où les modifications paysagères sont rapides et récentes. Apartir d’images satellites à haute et moyenne résolution spatiale et de relevés terrain, des méthodes statistiques sont appliquées afin de cartographier un ou plusieurs indicateurs de services. Les résultats obtenus permettent de comprendre la répartition et la structuration spatiale de ces indicateurs, en relation avec l'appropriation de l'espace par les exploitantsagricoles et avec les éléments structurels du territoire. Ils soulignent également les limitations et les enjeux sous-jacents à la notion de services écosystémiques et son impact sur leur mise en application.To implement ecosystem services, key notion of environmental management, more and more actors have turned to quantification and mapping procedures. Because of its operational dimension that seems to be natural for many actors,ecosystem service mapping is often considered as an already operational and neutral tool. Yet, cartographical representation involves choices that are not neutral. Since mapping can raise doubts and technical limitations that often reflect in the notion itself, it can be seen as a way to critically analyze the notion. This thesis aims to study the mapping toolapplied to ecosystem services in order to understand their potential contribution to environmental management. To do so, it critically analyses the methodological dimension of the ecosystem service notion and its mapping. Furthermore, it aims topromote understanding of the relationships between human practices and the state of the natural environment, notably through the determination of factors of control that enable the quantification of ecosystem services. This thesis is based on the study case of deforestation areas in the Brazilian Amazon, where the landscape has been changing rapidly andrecently. Based on satellite images at high and moderate spatial resolution and on sampling data, statistical methods are implemented in order to map one or several indicators of ecosystem services. The results obtained allow the understanding of spatial repartition and the structure of these indicators, in connection with the way farmers use their land and the structural components of the territory. They also highlight the limitations and issues underlying the notion of ecosystem services and its implementation

Mapping ecosystem services to analyze the human-nature relations in the context of the Amazonian pioneer front : critical analysis of an environmental management tool

Pour mettre en oeuvre les services écosystémiques, notion clé de la gestion environnementale, de plus en plus d’acteurs se tournent vers la quantification et la spatialisation. Par sa dimension opérationnelle qui semble être naturelle pour beaucoup d'acteurs, la cartographie des services écosystémiques est souvent considérée comme un outil déjà opérant et neutre. Or, la représentation cartographique implique des choix qui ne sont pas neutres. En soulevant des doutes et des limitations techniques, qui reflètent bien souvent des failles de la notion, la cartographie peut aussi être considéréecomme une manière d'analyser de façon critique la notion. Cette thèse vise ainsi à étudier l’outil cartographique appliqué aux services écosystémiques afin de comprendre son apport potentiel pour la gestion environnementale. Pour ce faire, elle analyse de manière critique la dimension méthodologique de la notion de services écosystémiques et de sa cartographie. En outre, elle cherche à favoriser la compréhension des liens entre pratiques anthropiques et l'état du milieu naturel, notamment en déterminant les facteurs de contrôle qui permettent de quantifier les services. Cette thèse s’appuie sur le cas des espaces de déforestation en Amazonie brésilienne où les modifications paysagères sont rapides et récentes. Apartir d’images satellites à haute et moyenne résolution spatiale et de relevés terrain, des méthodes statistiques sont appliquées afin de cartographier un ou plusieurs indicateurs de services. Les résultats obtenus permettent de comprendre la répartition et la structuration spatiale de ces indicateurs, en relation avec l'appropriation de l'espace par les exploitantsagricoles et avec les éléments structurels du territoire. Ils soulignent également les limitations et les enjeux sous-jacents à la notion de services écosystémiques et son impact sur leur mise en application.To implement ecosystem services, key notion of environmental management, more and more actors have turned to quantification and mapping procedures. Because of its operational dimension that seems to be natural for many actors,ecosystem service mapping is often considered as an already operational and neutral tool. Yet, cartographical representation involves choices that are not neutral. Since mapping can raise doubts and technical limitations that often reflect in the notion itself, it can be seen as a way to critically analyze the notion. This thesis aims to study the mapping toolapplied to ecosystem services in order to understand their potential contribution to environmental management. To do so, it critically analyses the methodological dimension of the ecosystem service notion and its mapping. Furthermore, it aims topromote understanding of the relationships between human practices and the state of the natural environment, notably through the determination of factors of control that enable the quantification of ecosystem services. This thesis is based on the study case of deforestation areas in the Brazilian Amazon, where the landscape has been changing rapidly andrecently. Based on satellite images at high and moderate spatial resolution and on sampling data, statistical methods are implemented in order to map one or several indicators of ecosystem services. The results obtained allow the understanding of spatial repartition and the structure of these indicators, in connection with the way farmers use their land and the structural components of the territory. They also highlight the limitations and issues underlying the notion of ecosystem services and its implementation

Spatialisation des services écosystémiques en contexte de front pionnier amazonien : analyse critique d'un outil de la gestion environnementale

To implement ecosystem services, key notion of environmental management, more and more actors have turned to quantification and mapping procedures. Because of its operational dimension that seems to be natural for many actors,ecosystem service mapping is often considered as an already operational and neutral tool. Yet, cartographical representation involves choices that are not neutral. Since mapping can raise doubts and technical limitations that often reflect in the notion itself, it can be seen as a way to critically analyze the notion. This thesis aims to study the mapping toolapplied to ecosystem services in order to understand their potential contribution to environmental management. To do so, it critically analyses the methodological dimension of the ecosystem service notion and its mapping. Furthermore, it aims topromote understanding of the relationships between human practices and the state of the natural environment, notably through the determination of factors of control that enable the quantification of ecosystem services. This thesis is based on the study case of deforestation areas in the Brazilian Amazon, where the landscape has been changing rapidly andrecently. Based on satellite images at high and moderate spatial resolution and on sampling data, statistical methods are implemented in order to map one or several indicators of ecosystem services. The results obtained allow the understanding of spatial repartition and the structure of these indicators, in connection with the way farmers use their land and the structural components of the territory. They also highlight the limitations and issues underlying the notion of ecosystem services and its implementation.Pour mettre en oeuvre les services écosystémiques, notion clé de la gestion environnementale, de plus en plus d’acteurs se tournent vers la quantification et la spatialisation. Par sa dimension opérationnelle qui semble être naturelle pour beaucoup d'acteurs, la cartographie des services écosystémiques est souvent considérée comme un outil déjà opérant et neutre. Or, la représentation cartographique implique des choix qui ne sont pas neutres. En soulevant des doutes et des limitations techniques, qui reflètent bien souvent des failles de la notion, la cartographie peut aussi être considéréecomme une manière d'analyser de façon critique la notion. Cette thèse vise ainsi à étudier l’outil cartographique appliqué aux services écosystémiques afin de comprendre son apport potentiel pour la gestion environnementale. Pour ce faire, elle analyse de manière critique la dimension méthodologique de la notion de services écosystémiques et de sa cartographie. En outre, elle cherche à favoriser la compréhension des liens entre pratiques anthropiques et l'état du milieu naturel, notamment en déterminant les facteurs de contrôle qui permettent de quantifier les services. Cette thèse s’appuie sur le cas des espaces de déforestation en Amazonie brésilienne où les modifications paysagères sont rapides et récentes. Apartir d’images satellites à haute et moyenne résolution spatiale et de relevés terrain, des méthodes statistiques sont appliquées afin de cartographier un ou plusieurs indicateurs de services. Les résultats obtenus permettent de comprendre la répartition et la structuration spatiale de ces indicateurs, en relation avec l'appropriation de l'espace par les exploitantsagricoles et avec les éléments structurels du territoire. Ils soulignent également les limitations et les enjeux sous-jacents à la notion de services écosystémiques et son impact sur leur mise en application

Le Brésil : une société inégalitaire en mouvement ?

Pays émergé, le Brésil est aujourd’hui un acteur économique de premier plan. Pourtant, ce pays doit faire face à des situations encore très inégalitaires au sein de son territoire, malgré sa volonté de le maitriser pour mieux le contrôler et y intégrer les diversités qui y sont présentes. Ces disparités sociales et territoriales constituent actuellement un frein à son développement et il doit donc faire face à des enjeux de taille, surtout dans un contexte de fort changement démographique et ..

Le Brésil : une société inégalitaire en mouvement ?

Pays émergé, le Brésil est aujourd’hui un acteur économique de premier plan. Pourtant, ce pays doit faire face à des situations encore très inégalitaires au sein de son territoire, malgré sa volonté de le maitriser pour mieux le contrôler et y intégrer les diversités qui y sont présentes. Ces disparités sociales et territoriales constituent actuellement un frein à son développement et il doit donc faire face à des enjeux de taille, surtout dans un contexte de fort changement démographique et ..