Climate change is one of the major contributing factors to degradation of ecological services, and these in turn are harming many people and causing poverty mainly in rural areas. The information available and the gain of knowledge on how climate change is affecting livelihood resources in the Bolivian Andes are very limited. This research aims to advance in the understanding of adaptive capacity to social and climate change in rural communities whose livelihoods are dependent upon agriculture and local resources. The proposed framework of this research focuses on the vulnerability assessment of the socio-ecological system, which targets on the identification of adaptation strategies in the context of their contribution to the overall adaptive capacity of the system. Following an exploratory design, two representative communities from different agro-ecological regions are selected as case studies: Santiago de Okola (Municipality of Puerto Carabuco, highlands) and Sita-Chorocana (Municipality of Inquisivy, inter-Andean valley). The research is conducted using a participatory rural appraisal approach and combines indicators encompassing natural, physical, human, financial, and socio-cultural variables. Data collection is based on community discussion (n=6), key informant interviews (n=31), household interviews (n=125), and local observations. Data analysis is conducted for quantitative and qualitative information. The results are presented in four main sections: 1) Integral diagnosis of the current situation in each case study considering general characteristics of the population, agriculture activities and forest resources; followed by a complete description of impacts and strategies to cope with extreme weather events and socio-economic conflicts at household level. 2) The assessment of strategies based on cultural knowledge describes the existing traditional ecological knowledge and local customs. Moreover, a mathematical model has been developed to evaluate the current knowledge needed to cope with and adapt to climate change. The outcomes point out that for the highlands the diversification of knowledge, and for the inter-Andean valley the social—pooling are strategies that contributed the most to secure crop production under extreme weather event scenario. 3) The assessment of socio-economic strategies identifies households under the category of poor as the most vulnerable group to climate change; this group is dominated by old women living alone in the communities and in charge of the farm. Based on the redundancy analysis poverty indicators have been identified: In the highlands, off-farm activities represent a potential strategy whenever the crop production is reduced or limited; these activities are related to the labor availability in the household, health conditions and level of education. In the inter-Andean valley, out-farm and eucalyptus plantations represent a potential strategy to secure crop production when households have access to land and markets and they participate in social networks. 4) The assessment of social networks identifies the relationship between the households, stakeholders, and the municipality to cope with socio-economic conflicts and the impacts of extreme weather events. Independently of each case study, the outcomes point out the existing social networks under socio-economic scenario contributed to the implementation of a wide number of coping strategies to secure in the long-term the well-being of the household including economic development, food production, education, social organization, infrastructure, and health. The existing social networks under the extreme weather events scenarios contributed mainly to secure food production of the households by providing immediate access to labor. This research presents evidence on how social and climate changes are the major contributing factors to increasing vulnerability of the socio-ecological system. It is the first explorative research in which cultural knowledge, socio-economic and social networks strategies are integrated to understand the adaptive capacity of rural communities in the selected case studies. The livelihood adaptation strategies identified independently of each of the two case study eco-regions showed particular characteristics related to the lifestyle, the knowledge and the socio-economic resources available in the communities; and highlights the potentialities and limitations of the households to reduce their vulnerability. Finally, the proposed model towards adaptive capacity is a tool that can be used to guide new policies and programs that target poverty reduction and minimize the adverse impacts of climate change.

The tropical montane forest of Ecuador is one of the ‘hot spots’ of species diversity. Despite this great species diversity, there are forests in our study area, namely in the Zamora-Chinchipe province in southern Ecuador, which are being depleted at an alarming rate. For example, large areas are being permanently deforested for use as ‘pastureland ’. This development is typically characterized by intensive slash and burn activities for vegetation clearance. After clear cut and slash burning, pasture species are planted of which Setaria sphacelata and Melinis minutiflora, are the most common. However, forest clearing by slash burn for pasture production occurs in the region simultaneously with subsequent invasion of bracken fern (Pteridium arachnoideum) and re-colonization of secondary succession vegetation on abandoned pasture land. In this study, we will examine the effects that the above phenomena have on ecosystems, namely the effects associated with the conversion of natural forestland to pasture land, and the succession that occurs as a result. We will also examine how land use change affects the nutrient status of the soil. This study focuses specifically on the area called the ‘San Francisco Valley’, (3°58’ 30”S latitude, 79°4’ 25”W longitude), which lies between Loja and the Zamora-Chinchipe provinces in Ecuador. Field work for this study was carried out at 1,798 and 2,226 m a.s.l in the following sites: 1) the San Francisco Natural Forest (this area refers to the eastern part of Podocarpus National Park); 2) active pastures Type I (this area refers to the pastureland in front of the San Francisco Scientific Station ECSF, and are pastures that have existed for 50 years or more); 3) active pastures Type II (this area refers to the pastureland in Sabanilla sites, and are pastures that have existed for approximately 17 years); and 4) abandoned pastureland (affected by succession over a period of at least twenty years). Each land-use type consists of five plots of approximately 20 x 20m2. Five points in each plot were then chosen and later sampled (two sub-samples) according to the defined horizons and depth units, namely the organic layer and mineral top soil horizons. Organic layer (only on forest and succession sampling plots) were designated as LOf1, Of2/Oh1 and mineral top soil was sampled to a depth of a 0-10, 10-20, 20-30 cm. To quantify the effects of the impact that land use change has on the chemical characteristics of soil in the selected areas, we analyzed the following bio-elements: the pH value, soil organic carbon (SOC), the total nitrogen (TN), the effective cation exchange capacity (ECEC), as well as stocks of total and available macronutrients. In addition, we examined the biological characteristics such as carbon and nitrogen microbial biomass (MBC, MBN), basal respiration (BR), and nitrogen mineralization (Nmin) in organic layers and top mineral soils (0-30 cm) of the following: the San Francisco Natural Forest, ECSF pastureland, Sabanilla pastureland, and abandoned pastures affected by succession. The main results of this study can be summarised as follows: The soil pH value increased after forest-to-pasture conversion and tended to decrease with soil depth. Moreover, pastureland in the study that was fifty years or more, showed evidence of a decrease in pH values. This decrease in pH value of the soil can be attributed to the reduction in exchangeable cations . However, they still remained higher than the pH values for the forest sites in the study. After the abandonment of pastureland, we observed a re-acidification in the soil of succession sites. This resulted in a decrease of base saturation . On the other hand, the total exchangeable base cation stocks were significantly higher for pasture soils compared with forest and succession soils. This was because of the addition of basic cations by ‘slash and burn activity ’. In this study, we observed that the greater values of soil organic carbon stocks occurred in forest sites. This can be explained by their high SOC value in the organic layer (73.9 Mg ha-1). However, the mineral layer (0 to 30 cm depth) of forest had a lower value than pasture and succession sites. This higher SOC stock of the mineral layer of our pasture sites are partly a result of carbon input from the former standing biomass. Likewise, in the mineral layers, we found that MBC content increases in a similar way to the SOC content. For example, when we compared the MBC content of forests with the pasture sites, we observed that pastures had approximately three times as much MBC. The results of nitrogen stored in the Microbial Biomass (MBN) showed the same tendency as the MBC values. Moreover, for organic layers, the total nitrogen stocks of forest were higher compared to succession sites. On the other hand, for mineral soil (0 to 30 cm depth), nitrogen stocks increased after forest to pasture conversion. This increase is partly due to the burning of aboveground biomass and the subsequent death of roots. Furthermore, the values of nitrogen stocks decreased again in succession sites (4.2 Mg N. ha-1), with similar values those of forests (4.4 Mg N. ha-1 ). Our results show that the slash-and-burn practice leads to a significant increase of P stock. We found that stocks of total phosphorus were significantly higher in the mineral topsoil (0–30 cm) of 50 year-old pastures (ECSF) than in the 17 year-old pastures (Sabanilla). It is important to note that the P stocks in the mineral soil of the abandoned pasture (20 year-old pasture sites) tend to return to forest values (399.9. Kg.ha-1). Nevertheless, the results show very low values of available P on both pastures and succession sites compared with forest sites. In the organic layers, our results show significant differences in the values of basal respiration between forest and succession sites. This indicates that the level of CO2 was greater in the selected forestland due to an increase of organic material. This essentially means that there was an increase of micro-organisms in the soil and subsequently an improved nutrient cycle . For the mineral soil, however, the results only showed a significant difference of 0-10 cm depth in the ECSF pastures and forests. In our study, we did not find any significant differences in the net nitrogen mineralization values in the four studied areas. Nevertheless, the results show that net nitrogen mineralization values decrease systematically according to the depth of the land uses. Summarizing, after the conversion of forest to pasture, there was an increase of the value of bio-elements in the mineral layers at both pasture sites. However, this increase was higher in 50 year old pastures (ECSF) than in the 17 year old pastures (Sabanilla). In addition, we noticed that after 20 years of the abandonment of pastures, most measured soil properties returned to the old-growth forest levels. / El bosque montano tropical de Ecuador es uno de los \"puntos calientes\" de diversidad de especies. Pero el bosque primario en el área de investigación (la provincia de Zamora Chinchipe al Sur de Ecuador) se está perdiendo a un ritmo alarmante. Grandes áreas están siendo permanentemente deforestadas para su uso como tierras de pastoreo. Este proceso se caracteriza por el uso intensivo de fuego para desmonte de la vegetación. Después de la quema y roza, se plantan especies de pastos entre las que Setaria sphacelata y Melinis minutiflora son las más comunes. Sin embargo, la quema y tala del bosque para la conversión a zonas de pastos ocurre simultáneamente con la subsecuente invasión del helecho común (Pteridium arachnoideum), produciéndose. La difusión de esta maleza y la decreciente productividad de los pastos (especialmente Setaria spacelata y Melinis minutiflora) conducen a que las tierras se utilizan en pastoreo hasta que la tierra se agota de nutrientes y luego se abandonan. En este estudio, se examinan los efectos que los fenómenos anteriormente mencionados tienen sobre los ecosistemas; a saber, los efectos asociados a la conversión de bosques naturales en tierras de pastoreo y la posterior sucesión de los pastizales; además de cómo el cambio de uso del suelo afecta el estado nutricional de los suelos del sur del Ecuador. El estudio se sitúa en la zona del valle de San Francisco (3°58’ 30”S latitud, 79°4’ 25”W longitud), entre Loja y Zamora Chinchipe, provincias que se encuentran en el sur de Ecuador. El trabajo de campo se llevó a cabo a una altura entre 1,798 y 2,226 m s.n.m.; en: 1) las áreas de bosque natural San Francisco (esta área se refiere a la parte oriental del Parque Nacional Podocarpus); 2) pasto activos Tipo I (esta área se refiere a los pastos en frente de la Estación Científica San Francisco ECSF, y son pastizales que tienen más de 50 años de edad); 3) pastos activos Tipo II (esta área se refiere a los pastos en los sitios de Sabanilla, y son pastizales que existen desde hace aproximadamente 17 años); y 4) pastos abandonados bajo vegetación de sucesión (más de 20 años de edad). Cada tipo de uso de la tierra consistió en cinco parcelas de aproximadamente 20 x 20 m2; se eligieron cinco puntos en cada parcela y se tomaron muestras (dos sub-muestras) de acuerdo con los horizontes orgánico y mineral. Las capas Orgánicas (solo presentes en el bosque y en los sitios de sucesión) se identificaron como LOf1, Of2/Oh1 y las capas minerales se muestrearon hasta los 0-30 cm de profundidad del suelo. Para cuantificar los efectos del impacto del cambio del uso de la tierra en las características químicas del suelo, se analizó los siguientes bio-elementos: pH, carbono orgánico del suelo (COS), nitrógeno total (Nt), la capacidad de intercambio catiónico efectiva (CICE), así como las reservas del contenido total y disponibilidad de los macro nutrientes. Además, las características biológicas, tales como el carbón (MBC) y nitrógeno (MBN) de la biomasa microbiana, la respiración basal (Rb) y la mineralización de nitrógeno (Nmin) en las capas orgánicas y en la capa mineral del suelo (hasta -30 cm) de los bosques naturales, pastos y pastizales abandonados bajo vegetación de sucesión. Los principales resultados del estudio se describen a continuación: El valor de pH del suelo indica una elevada acidez, después de la conversión de bosque a pastos y tiene una tendencia general a disminuir con la profundidad del suelo, cuando los pastos se hacen más viejos (más de 50 años de edad); los valores de pH del suelo disminuye como consecuencia de la lixiviación de cationes intercambiables, pero siguen siendo superiores a los valores de pH de los sitios del bosque. Tras el abandono de los pastos se observó una re-acidificación en el suelo de los sitios de sucesión, lo que resulta en una disminución de la saturación de bases. Los resultados además indican que las capas orgánicas, especialmente en los suelos de los bosques, almacenan una cantidad importante de potasio, calcio y magnesio. Sin embargo, las reservas totales de cationes básicos intercambiables fueron significativamente mayores en los suelos de los pastizales que en los bosques y que los suelos de sucesión, debido a la adición de cationes básicos producidos por la tala y quema usada en la conversión de bosques a pastizales. En este estudio, se encontró que los mayores valores de reservas de COS se producen en zonas forestales, que se corresponde con un alto valor en la capa orgánica (73,9 Mg C ha-1). Sin embargo, la capa mineral (hasta - 30 cm de profundidad) de los suelos del bosque tiene un valor menor en comparación con los valores de los pastos y sucesión. Este alto contenido de COS en los pastos, se debe en parte al ingreso de carbono desde la biomasa. Asimismo, en las capas minerales, se encontró que el contenido de carbono en biomasa microbiana (CBM) aumenta de una manera similar al contenido de carbono orgánico del suelo (COS). Por ejemplo, cuando comparamos el contenido de CBM de los bosques con los sitios de pastoreo, se observó que los pastos tenían aproximadamente tres veces más MBC. El resultado de nitrógeno almacenado en la biomasa microbiana (NBM) mostró la misma tendencia que los valores de CBM. En las capas orgánicas, las reservas totales de nitrógeno de los bosques fueron mayores en comparación con los sitios de sucesión. Por otro lado, en el suelo mineral (hasta -30 cm de profundidad) las reservas de nitrógeno aumentan después de la conversión de bosques a pastizales. Este incremento es parte debido a la quema de la biomasa superior y de la subsecuente muerte de las raíces. Además, los valores de las reservas de nitrógeno disminuyen de nuevo en los sitios de sucesión (4.2 Mg N. ha-1), a valores similares a las del bosque (4.4 Mg N. ha-1 ). Nuestros resultados muestran que las prácticas de quema y tala incrementan significativamente las reservas de fosforo, encontramos que las reservas de fosforo total fueron significativamente altas en las capas minerales (- 30 cm) de los pastos de 50 años (ECSF), seguido de los pastos de 17 años de edad (Sabanilla). Es importante notar que las reservas de fosforo en las capas minerales de los suelos de pastos abandonados (20 años de edad) tienden a retornar a los valores del bosque (399.9. Kg.ha-1). Sin embargo, los resultados muestran valores muy bajos de fosforo disponible en ambos sitios de pastos y sucesión comparado con el bosque. En las capas orgánicas, los resultados revelan diferencias significativas en los valores de la respiración basal (potencial) entre el bosque y la sucesión. Esto indica que el nivel de CO2 fue mayor en el los sitios de bosque debido a un aumento de la materia orgánica. Esto implica un aumento de los microorganismos en el suelo y, posteriormente, una mejora en el ciclo de nutrientes. En el suelo mineral, los resultados sólo muestran una diferencia significativa en la profundidad de 0-10 cm entre los pastos ECSF con los bosques. En nuestro estudio, no se encontró diferencias significativas en los valores de mineralización neta de nitrógeno entre las cuatro áreas estudiadas. Sin embargo, los resultados muestran que los valores netos de mineralización del nitrógeno disminuyen sistemáticamente con la profundidad en todos los usos de los suelos estudiados. En resumen, después de la conversión de bosques en pastizales, se produjo un incremento del valor de los bio-elementos en las capas minerales de ambos sitios de pastoreo. Sin embargo, este aumento fue mayor en los pastos de 50 años de edad (ECSF) que en los pastos de 17 años de edad (Sabanilla). Además, los resultados muestras que después de 20 años del abandono de los pastos, la mayoría de los parámetros medidos retornan a valores similares a los de los sitios de bosque. / Im globalen Kontext stellt der tropische Bergregenwald in Süd-Ecuador ein „Hotspot“ der Biodiversität dar. Im Untersuchungsgebiet ist die enorme Artenvielfalt durch die massive Zerstörung der natürlichen Waldökosysteme gefährdet. Der Wald wird durch intensive Brandrodung großflächig in Weideland umgewandelt. Im Laufe der Weidenutzung kommt es auf den Weideflächen zu einer zunehmenden Ausbreitung und Dominanz des tropischen Adlerfarns (Pteridium arachnoideum). Die Farnausbreitung und die abnehmende Produktivität der Weidegräser insbesondere von Setaria sphacelata und Melinis minutiflora, führt zum Verlassen der Weiden und zur Etablierung neuer Weideflächen durch fortgesetzte Brandrodung des Naturwaldes. Aufgelassene ehemalige Weideflächen unterliegen einer sekundären Sukzession. Innerhalb dieser Studie wurden die Effekte der Umwandlung des Naturwaldes in Weideland, der Weidenutzung sowie der Wirkungen der sekundären Sukzession nach dem Verlassen unproduktiver Weideflächen auf die Nährstoffsituation der Böden untersucht. Die Untersuchung erfolgte im Gebiet des „San Francisco Tales“, (3°58’ 30”S, 79°4’ 25”W), welches sich zwischen den beiden Provinzen Loja und Zamora-Chinchipe in Ecuador befindet. Feldarbeiten innerhalb dieser Studie wurden in einer Höhe zwischen 1798 und 2225 m NN in den folgenden Bereichen ausgeführt: 1) Naturwald in San Francisco; 2) aktive Weidefläche Typ I (seit circa 50 Jahren in Nutzung); 3) aktive Weidefläche Typ II (seit circa 17 Jahren in Nutzung); und 4) verlassenes Weideland (bestimmt durch sekundäre Sukzession seit mindestens 20 Jahren). Jeder Landnutzungstyp besteht aus fünf Plots mit einer Ausdehnung von circa 20 x 20 m. Fünf Punkte innerhalb eines jeden Plots wurden zur Beprobung ausgewählt. Die organische Auflage (Naturwald, verlassenes Weideland) wurde nach Auflagehorizonten (LOf1 und Of2/Oh) und der Mineralboden nach Tiefenstufen (0-10 cm, 10-20 und 20-30 cm) getrennt beprobt. Um die Effekte und den Einfluss des Landnutzungswandels auf chemische Bodenkennwerte zu quantifizieren, wurden die folgenden Indikatoren untersucht: pH, organischer Kohlenstoffgehalt des Bodens (SOC), Gesamtstickstoff (TN), effektive Kationenaustauschkapazität (CECeff) sowie Vorräte der gesamten und pflanzenverfügbaren Makronährelemente. Zusätzlich wurden bodenbiologische Indikatoren wie Kohlenstoff und Stickstoff der mikrobiellen Biomasse (MBC, MBN), Basalatmung (BR) und Stickstoffmineralisation (Nmin) in den organischen Auflagehorizonten und dem mineralischen Oberboden (0-30 cm) wie folgt untersucht: Naturwald in San Francisco, ECSF Weideflächen, Sabanilla Weideflächen und aufgelassene, von der Sukzession beeinflusste Weiden. Die hauptsächlichen Resultate der Untersuchung können wie folgt zusammengefasst werden: Der pH-Wert des Bodens erhöhte sich nach der Umwandlung von Wald zu Weide und zeigt mit zunehmender Tiefe einen abnehmenden Trend. Darüber hinaus nahmen die pH-Werte von der 17 Jahre alten zur 50 Jahre alten Weide ab. Diese Abnahme kann auf den Rückgang austauschbarer Kationen zurückgeführt werden. Dennoch verblieb der pH-Wert in den 50 Jahre alten Weiden oberhalb des pH-Wertes der im Wald beprobten Flächen. Nach dem Auflassen der Weiden wurde eine erneute Versauerung des Bodens im Stadium der Sukzession beobachtet. Dieser pH-Rückgang wird durch einen Abnahme der Basensättigung begleitet. Auf der anderen Seite waren die Vorräte an austauschbaren Basen der CECeff auf den Weideflächen signifikant über denen der Wald- und Sukzessionsflächen. Ursächlich dafür war die Freisetzung basischer Kationen während der Brandrodung des Naturwaldes. Innerhalb dieser Studie wurden die höchsten Vorräte an Bodenkohlenstoff im Naturwald ermittelt. Das kann durch hohe Vorräte an SOC in der organischen Auflage (73.9 Mg ha-1) erklärt werden. Allerdings waren die Vorräte im Mineralboden (0-30 cm) des Waldes geringer als auf den Weide- und Sukzessionsflächen. Diese höheren SOC-Vorräte im Mineralboden der Weideflächen sind teilweise das Resultat der höheren Kohlenstoffzufuhr durch Reste der oberirdischen Biomasse. Der Gehalt an mikrobiellem Biomassekohlenstoff nahm in ähnlicher Art und Weise wie der des bodenbürtigen organischen Kohlenstoffs zu. Beispielsweise wurde beim Vergleich von MBC und MBN-Gehalten des Waldes mit denen der Weide der dreifache Gehalt in der Weide gefunden. Außerdem waren die Stickstoffvorräte der organischen Auflagen im Wald höher als auf den Sukzessionsflächen. Andererseits nahmen die Stickstoffvorräte nach der Umwandlung von Wald zu Weide im Mineralboden (0-30 cm) zu. Diese Zunahme beruht zum Teil auf dem Abbrennen der oberirdischen Biomasse und dem anschließenden Absterben der Wurzeln. Des Weiteren verringerten sich die Stickstoffvorräte im Stadium der Sukzession (4.2 Mg N ha-1) und glichen sich wieder denen des Waldes (4.4 Mg N ha-1) an. Die Resultate zeigen, dass die Brandrodung zu einem signifikanten Anstieg der Phosphorvorräte führte. Vorräte des Gesamtphosphors waren in den mineralischen Oberböden (0-30 cm) der 50 Jahre alten Weide, gefolgt von der 17 Jahre alten Weide signifikant am höchsten. Zu betonen ist, dass die P-Vorräte im Mineralboden der aufgelassenen Weide dazu tendieren auf Werte des Waldes abzusinken (399.9 kg ha-1). Trotzdem zeigten die Ergebnisse sehr geringe Werte für pflanzenverfügbaren Phosphor in Weide und Sukzession im Vergleich zum Wald. In den organischen Auflagehorizonten wurden signifikante Unterschiede in der mikrobiellen Aktivität (Basalatmung) zwischen Wald und Weide gefunden. Das zeigt, dass das Niveau an C-Mineralisierung in der ausgewählten Waldfläche größer ist, was auf die erhöhte Verfügbarkeit der organischen Substanz zurückgeführt werden kann. Das bedeutet im Wesentlichen einen Anstieg der Mikroorganismen in den Böden und darauffolgend einen verbesserten Nährstoffkreislauf. Für den Mineralboden zeigten die Ergebnisse jedoch nur einen signifikanten Unterschied in einer Tiefe von 0-10 cm zwischen Wald und Weide. Signifikante Unterschiede in der Nettostickstoffmineralisation der vier untersuchten Gebiete konnten nicht gefunden werden. Nichtsdestotrotz zeigten die Ergebnisse, dass die Nettostickstoffmineralisation mit zunehmender Tiefe in den unterschiedlichen Landnutzungen abnimmt. Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass nach der Brandrodung die Gehalte an Bioelementen im Mineralboden beider Weideflächen zunahmen. Dieser Anstieg war in den 50 Jahre alten Weideflächen (ECSF) sogar ausgeprägter als in den 17 Jahre alten Weideflächen (Sabanilla). Zusätzlich zeigte sich in den 20 Jahre alten Sukzessionsflächen, dass durch die Regeneration einer organischen Auflage ein positiver Effekt hinsichtlich erhöhter Vorräte an SOC und pflanzenverfügbarem Phosphor festgestellt werden konnte. Diese allmähliche Zunahme an Nährstoffen im Boden der Sukzession setzte sich fort, bis das Ausgangsniveau des Waldes wieder erreicht war.

In recent years, sustainable development has emerged as a topic of great interest and part of the agenda of different countries of the world. The different stakeholders have been concerned about this issue, which has brought extensive international debates and different summits since Rio de Janeiro in 1992. A literature review of this concept indicates some general ideas framed in four dimensions, which are accepted at the international level: the economic, social, environmental and institutional. There were problems related to the high levels of poverty in rural areas linked to environmental degradation, as well as the confusion that exists within the concept of economic development, e.g. taking into account sustainability and participation. It is also important to consider if these inconsistencies are affecting public policy decisions not only international, but also local ones. Within this context, the purpose of this study was to develop a practical methodology to evaluate the sustainability of farms through the creation of indicators in South of the Ecuadorian Amazon. For this reason, the Zamora Chinchipe province and Municipality of Yantzaza were chosen. With this methodology, we hope to implement the concept of sustainability as a fundamental element of support for the governance of this area. Our methodology is based on the calculation of twelve indicators with three dimensions of sustainable development (economic, social and environmental). Twenty -eight sub-indicators were used to determine the general indicators. Our results were able to demonstrate that there is a great heterogeneity of farms. In addition, it shows the serious management problem that exists at the farms by the farmers based on the dimensions studied. Apart from these economic problems, weak social structures and an inadequate management of the agro-ecological reality were observed. All this information can help to improve the existing public policies, with the sole aim of improving the sustainability in the sector. After becoming familiar with the diagnosis of the area, it was important to generate more homogeneous groups of farms. This allowed us to have a better view of the decisions previously made. Three types of farms were determined: self-sufficiency, business and livestock. On the one hand, this paper aims to develop a sustainable proposal for rural development. And on the other hand, it aims to generate livelihood strategies adopted by farm households. There were proposed strategies based on three dimensions, thus solving the theoretical problem of the diagnosis. “Twenty-four strategies have been proposed”. Each of them has the detail of intervention and above all strong consolidated institutional support. All these strategies were transferred to the communities through agricultural extension programs, which were developed in situ. For this, 3 different transfer methods were used according to the reality and dynamics of each parish. Thus, the results of the transfer have permeated community organizations through the establishment of partnerships and through enhancing existing ones. Also, public institutions have createdprojects that were established withinin the proposed themes. The Private Technical University of Loja has implemented a program called SmartLand, which has as its basic premise the generation of information and the development of projects to conserve the natural environment and also to accompany communities in the medium and long term.

The thesis was conducted to investigate soil fertility changes and assess the sustainability of agroecological management in different land-use systems of the southern Ecuadorian Andes using quantitative and qualitative methods. Ecuador still holds the highest deforestation rate of all Latin American countries which also has a large impact in the research area by forest conversion into agricultural land. Agricultural land-use systems in the research area are multifaceted due to heterogeneous biophysical and socio-economic conditions. To map this diversity, land-use systems were investigated in Yantzaza (low-external-input), El Tambo (irrigated cash crops) and San Lucas (integrated nutrient management). Yet, management effects on soil fertility have not been assessed systematically in Ecuadorian farming systems which hampers the evaluation whether agroecological management is sustainable. Therefore, the present study used a set of quantitative and qualitative approaches to assess soil fertility changes at plot and farm scale with a nutrient balance/chronosequence approach and local expert knowledge. Nutrient balances were modeled with Nutmon after adaptation of difficult-to-quantify flows to the local conditions facilitating area and land-use specific calculation. Soil nutrient balances in the research area were diverse and varied between −151 to 66 kg ha-1 a-1, −4 to 33 kg ha-1 a-1 and −346 to 39 kg ha-1 a-1 for NPK, respectively. The evaluation of socio-economic and soil fertility explanatory variables revealed that up to 70% of the balances’ variability could be explained. Land-uses with a strong market orientation such as annual crops in El Tambo received large amounts of external inputs which were often focused on mineral N fertilization causing strongly negative PK balances. In contrast, P balances were mainly positive after the application of organic fertilizers and nutrient recycling as was found in perennial crops of San Lucas. NP balances in annual crops of Yantzaza were most negative due to the low-external-input system with nonexistent fertilization as well as leaching and burning of crop residues. Highest soil nutrient stocks were found in land-uses benefiting from a surplus of within-farm flows. The quantification of soil nutrient stocks and their temporal changes were carried out with a chronosequence approach in Yantzaza. SOC stocks in annual/perennial crops and pastures decreased between 14% and 19% after forest conversion by slash-and-burn. Annual sites were abandoned not later than five years after forest conversion due to a shortage of available N and P closely linked to low-external-input management. Stocks for TN, TP, TS and exchangeable bases increased above forest level in perennial crops and pastures 6-20 years after forest conversion. Yet a strong decrease in SOC and soil nutrient stocks was found in oldest perennial and pasture sites compared to medium aged sites. This was traced back to adverse site processes such as the decay of clay humus complexes, leaching as well as poor pasture management. To assess sustainability of the agroecological management, a set of sustainability indicators was implemented including N balances, yearly N stock change and SOC stocks as well as total (TN) and available (PO4-P) soil nutrient stocks. Sustainability assessment took place based on individual land-uses and nutrients within each pilot study since soil fertility change did not show a consistent trend within one research area. Despite mainly negative soil nutrient balances, the impact on the yearly soil nutrient stock change was often negligible due to large soil nutrient pools. Annual and perennial crops of Yantzaza and pastures of San Lucas exceeded the threshold value of 1% for yearly TN stock losses. Yet, only annual crops in Yantzaza, having the highest yearly TN stock losses of 4.9%, also showed severe TN and SOC losses between 15-25% below those of the forest reference area. Therefore, the present agroecological management of annuals in Yantzaza is not sustainable which was also indicated by the abandonment of these sites not later than 5 years after forest conversion due to soil fertility decline. Hence, it is proposed to install an integrated agricultural management in annual crops of Yantzaza using nutrient recycling and fertilization for the replenishment of soil nutrient stocks. Nutrient balance studies indicated an average N-fertilizer application of more than 200 kg ha-1 a-1 for annual crops in El Tambo and low SOC stocks in soils of the colluvial foot slopes. Therefore, a laboratory incubation experiment was conducted to investigate fertilization effects of urea and newly introduced guinea pig manure on the microbial activity in colluvial and eroded soils of El Tambo. While urea fertilization induced an acceleration of SOM mineralization, a combined fertilization (urea + GPM) increased the amount of microbial biomass and provided mineral nitrogen for immediate plant uptake. SOM stocks in colluvial soils were 40% below those of eroded soils which was partly due to the positive priming effect after urea fertilization. A participatory appraisal with local farmers resulted in the adaptation of the present harvest residue management aiming at SOM maintenance in colluvial soils. Yet, the calculation of the potential for SOM replenishment indicated that only the maize residue biomass had the potential to compensate for SOM mineralization losses. Therefore, it is recommended to support SOM replenishment by additional organic inputs since SOM has to be maintained in the long-term to enable agricultural productivity.

Global change phenomena, such as forest disturbance and land-use change significantly affect elemental balances as well as the structure and function of terrestrial ecosystems. Inappropriate land management often causes nutrient losses and finally soil degradation and loss of soil functioning. Especially in tropical ecoregions, soil degradation by nutrient losses is widely abundant. Soil microorganisms are the proximate agents of many processes performed in soils and are regarded as sensitive bio-indicators. However, the incorporation of microbial responses to the definition of critical soil conditions is not intensively developed. In the present thesis, several data analyses of the relationships between ecosystem disturbance and land-use change (natural forest, pastures of different ages, secondary succession) and a diverse set of soil ecological characteristics in the tropical mountain rainforest region of southern Ecuador were compiled. In particular, it was tested whether soil microbial biomass and community functioning were sensitive to land-use change effects. Furthermore, an information-theoretic approach was applied to find the factors that regulate soil microbial biomass and community function. Finally, in a nutrient enrichment experiment the above- and belowground responses to N and P additions were examined. The tested research questions and results were linked to the theory of ecological stoichiometry in order to connect the research to a sound and unifying scientific basis. Soil and microbial stoichiometry were affected by both land-use change and soil depth. After forest disturbance, significant decreases of soil C:N:P ratios at the pastures were fol-lowed by increases during secondary succession. Microbial C:N ratios varied slightly in response to land-use change, whereas no fixed microbial C:P and N:P ratios were observed. Shifts in microbial community composition were associated with soil and microbial stoichiometry. Strong positive relationships between PLFA-markers 18:2n6,9c (saprotrophic fungi) and 20:4 (animals) and negative associations between 20:4 and microbial N:P point to land-use change affecting the structure of soil food webs. Significant deviations from global soil and microbial C:N:P ratios indicated a major force of land-use change to alter stoichiometric relationships and to structure biological systems. Data analysis reveals a strong impact of land-use change on soil microbial biomass, C-mineralization, gross-NH4-consumption and –production rates. According to the results of the IT-approach, combined models better describe effects of land-use change on soil microorganisms than single explanation models. Microbial resources and soil chemical environment were important pre-dictors for soil microbial biomass and community functioning. Little is known about the environmental drivers of the catalytic properties of EHEs (e.g., pH, nutrients) and their functional link to the structure of soil microbial communities. The activities of the six hydrolytic enzymes were tested. Microbial production of AP responded to the low P status of the sites by a higher investment in the acquisition of P compared to C. Three major drivers of enzyme activities were found to be significant for enzyme production: 1.) Microbial demand for P regulated the production of AP, provided that N and C were available. At the natural forest site the two-fold higher specific activity of AP pointed to a high microbial P-demand, whereas the production of AP was constrained by the availability of N and DOC after pasture abandonment. 2.) Microbial biomass that was controlled by pH and resource availability was the main driver for CBH, BG and NAG activities. 3.) Substrate induction due to increased litter inputs of herbaceous plant species seemed to regulate AG and XYL activities during secondary succession. The enzymes’ affinity to substrate, as a potentially critically enzyme kinetic parameter is understudied. The data analysis suggests that microbial communities adapted to environmental changes, demonstrated high flexibility of extracellular enzyme systems and selected for enzymes with higher catalytic efficiency compared with pure cultures. Under in situ conditions, enzyme-specific environmental drivers of the Km, e.g., the pH for XYL, the C:N ratio for AP, and the C availability for NAG were found. The data demonstrated that the higher substrate affinity of XYL and AP was associated with more abundance of Gram(-) bacteria. The catalytic efficiency of enzymes decomposing cellulose, hemicellulose, and starch positively correlated with the relative abundance of Gram(-) bacteria. The turnover rate of the tested substrates was three to four times faster at the young pasture site compared with the longterm pasture and secondary succession sites. Nutrient inputs by atmospheric deposition are known to affect terrestrial ecosystems. However, little is known about how N and P co-limited ecosystems respond to single nutrient enrichment. In this work the susceptibility of above- and belowground ecosystem compo-nents and of their linkages in an N and P co-limited pasture to N- and P-enrichment was assessed. It was tested if the plants´responses can be explained by the concept of serially linked nutrients introduced by Ågren (2004). In this concept, the control of the growth rate by one nutrient is assumed to depend on the control of a different cellular process by another nutrient. The responses of shoot and root biomass and C:N:P stoichiometry of the grass Setaria sphacelata (Schumach.) to moderate N, P, and N+P application over five years were investigated. In addition, the effects of nutrient enrichment on soil nutrient pools, on arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) as well as on microbial biomass, activity, and community structure were tested. In order to evaluate the importance of different factors explaining microbial responses, a likelihood-based information-theoretic approach was applied. The application of N+P increased aboveground grass biomass. Root biomass was stimulated by P-treatment. Grass C:N:P stoichiometry responded by altering the P-uptake or by translocating P from shoot to root. In particular, root C:N and C:P stoichiometry decreased in P- and in N-treatment. Extractable fractions of soil C, N, and P were significantly affected by nutrient enrichment. P application increased the biomass of Gram-positive bacteria and the abundance of AMF, however, results of the IT-approach suggested indirect effects of nutrient enrichment on microbes. The responses of the N and P co-limited pasture to particular nutrient enrichment support the concept of serially linked nutrients. The present study provides evidence for the fundamental importance of P for controlling resource allocation of plants in responses to nutrient enrichment. Resource allocation of the grass rather than direct effects of nutrient additions drives changes in AMF, microbial biomass, community structure, and activity. / Seit dem Übergang vom Holozän zum Anthropozän greift der Mensch immer stärker in globale und regionale Stoffkreisläufe ein. Durch die Zerstörung von Naturwäldern und Landnutzungswandel werden die Strukturen und die Funktionen der Ökosysteme stark verändert. Unangepasste Landnutzung führt zu Nährelementverlusten, die mittel- bis langfristige zur Bodendegradation und zur Reduktion von Bodenfunktionen führen. Solche Veränderungen sind insbesondere in den Tropen zu beobachten. Bodenmikroorganismen spielen in den Stoffkreisläufen eine zentrale Rolle. Zudem sind sie sensitive Bioindikatoren für den Zustand von Ökosystemen. Im Gegensatz dazu, werden die Bodenmikroorganismen noch nicht ausreichend für die Zustandsbewertung von Ökosystemen verwendet. In der vorliegenden Dissertation werden verschiedene Datenanalysen zu den Beziehungen von Landnutzungswandel (Naturwald, Weiden verschiedener Alter, sekundäre Sukzession) und den Eigenschaften der Bodenmikroorganismen in einer tropischen Bergregenwaldregion Süd-Ecuadors zusammengefasst. Ein besonderer Fokus lag darauf zu prüfen, ob die mikrobielle Biomasse und die Funktionen die von der mikrobiellen Gemeinschaft geleistet werden (z.B. Enzymaktivitäten) durch den Landnutzungswandel beeinflusst werden. Ein informations-theoretischer Ansatz wurde verwendet um verschiedene Erklärungsansätze der steuernden Faktoren vergleichend zu testen. Darüber hinaus wurden in einem Weidedüngungsexperiment die Reaktionen der ober- und der unterirdischen Ökosystemkomponenten auf die Anreicherung mit N und P getestet. Um die Ergebnisse auf eine breite wissenschaftliche Basis zu stellen wurde die Untersuchungen in den Kontext der Theorie die Ökologischen Stöchiometrie eingeordnet. Die C:N:P Stöchiometrie im Boden und in den Mikroorganismen veränderte sich durch den Landnutzungswandel und mit der Bodentiefe. Mit der Weideetablierung nahmen die C:N:P Verhältnisse im Boden deutlich ab, stiegen dann nach dem Verlassen der Weiden im Zuge der sekundären Sukzession wieder an. Das mikrobielle C:N Verhältnis variierte nur leicht, dagegen zeigten das C:P und N:P Verhältnis deutliche Veränderungen durch den Landnutzungswandel. Mit diesen Veränderungen in der Boden- und Organismenstöchiometrie waren auch Veränderungen in der Struktur der mikrobiellen Gemeinschaften verbunden. Deutliche positive Beziehungen existierten zwischen den saprotrophen Pilzen und den Protozoen. Die steigenden Mengen von Protozoen waren wiederrum mit sinkendem mikrobiellen N:P verbunden. Diese Muster weisen auf Veränderungen in den Bodennahrungsnetzten durch Landnutzungsänderungen hin. Sehr deutliche Abweichungen von globalen Mustern der C:N:P Stöchiometrie deuten darauf hin, dass der Landnutzungswandel signifikanten Einfluss auf die C:N:P Stöchiometrie ausübt. Der Landnutzungswandel beeinflusste auch die mikrobielle Biomasse, die Basalatmung, sowie die mikrobielle Aufnahme und Produktion von NH4-N im Boden. Dabei zeigten kombinierte Erklärungsansätze die adäquateren Beschreibungen der Muster. In den kombinierten Modellen zur Erklärung der mikrobiellen Biomasse und der mikrobiellen Leistungen überwogen Prädiktoren der mikrobiellen Ressourcen und der bodenchemischen Umwelt. Ein weiterer Schwerpunkt der Untersuchungen lag auf der Erfassung der Effekte des Land-nutzungswandels auf die Aktivität von extrazellulären Bodenenzymen. Bisher ist wenig darüber bekannt, welche Faktoren die katalytischen Eigenschaften steuern und beispielsweise, ob es Zusammenhänge zur mikrobiellen Gemeinschaftsstruktur gibt. Um diese Fragen näher zu beleuchten wurden sechs hydrolytische Enzyme basierend auf MUF-Substraten untersucht. Die mikrobielle Produktion von AP stand dabei in Zusammenhang mit dem niedrigen P-Status der untersuchten Böden. Das wurde besonders durch die hohe AP Produktion im Vergleich zu BG belegt. Im Allgemeinen konnten drei verschiedene Mechanismen festgestellt werden, die die Produktion der untersuchten EHEs vermutlich steuerten. 1.) Der P-Bedarf der Mikroorganismen regulierte die Produktion von AP, vorausgesetzt, dass ausreichend N und C zur Enzymsynthese zur Verfügung standen. 2.) Die Höhe der mikrobiellen Biomasse hat sich als wichtiger Faktor für die Produktion von CBH, BG und NAG gezeigt. Das deutet auf die konstitutive Produktion dieser Enzyme hin. 3.) Die substratinduzierte Produktion von Enzymen ist vermutlich entscheidend für die Aktivität von AG und XYL. Die Berücksichtigung der Enzymkinetiken, insbesondere der Michaelis-Menten-Konstante lieferte weitere Aufschlüsse über relevante Faktoren. Im Allgemeinen so scheint es, haben sich die mikrobiellen Gemeinschaften an die starken Umweltgradienten, die durch den Landnutzungswandel erzeugt worden angepasst. Im Vergleich zu den verfügbaren Daten aus Reinkulturen, wiesen die mikrobiellen Gemeinschaften der untersuchten Böden in der Regel eine deutlich höhere katalytische Effizienz auf. Auch für die Michaelis-Menten-Konstante sind die Faktoren enzymspezifisch. So ist für die Km von XYL der Boden-pH-Wert, für AP das C:N Verhältnis und für NAG die DOC-Menge entscheidend. Darüber hinaus haben sich deutliche Beziehungen zwischen der Menge an Gram(-)-Bakterien und der Substrataffinitäten von XYL und AP ergeben. Je höher die Gram(-)-Abundanz, desto höher war die Substrataffinität der Enzymsysteme. Gegenüber alter und degradierter Weiden, war der Umsatz der untersuchten Substrate im Oberboden der aktiv genutzten Weide drei- bis vierfach erhöht. In einem 5-jährigen Düngeexperiment in der Bergregenwaldregion der Anden Süd-Ecuadors wurden die Reaktionen des auf dieser Fläche N/P co-limitierten Grases (Setaria sphacelata), der Arbuskulären Mykorrhiza (AMF) sowie der Bodenmikroorganismen auf moderate N, P und N+P-Düngung untersucht. Die Zugabe von N+P erhöhte die oberirdische Biomasse (+61%) wohingegen die Wurzelbiomasse durch die Zugabe von P (+45%) anstieg. Die C:N:P Verhältnisse weisen auf veränderte P-Aufnahme oder Translokation von P in die Wurzeln hin. Im Besonderen verengte sich das Wurzel C:N and C:P in der P- und der N-Zugabe. Die aus dem Boden extrahierbaren C, N und P-Fraktionen wurden deutlich beeinflusst. Die Zugabe von P stimulierte die Biomasse Gram-(+)-Bakterien (+22%), die Abundanz der AMF (+46%) und die Brutto-N-Mineralisierung. Die Auswertungen deuten darauf hin, dass die Nährstoffanreicherung indirekt über die Veränderungen der Graswurzeln auf die Bodenorganismen wirkte. Die Ergebnisse bestätigen, dass N und P in den Reaktionen von co-limitierten Pflanzen eng miteinander verbunden sind. Vor allem aber steuert P grundlegend die Allokation von Ressourcen und wirkt damit auf andere Ökosystem-komponenten, z.B. auf die Struktur und Aktivität der Bodenmikroorganismen.

High mountain regions including the Andean region are very sensitive to climate change. Farmers in the central Andes of Peru are increasingly being exposed to the impacts of climate variability. This transdisciplinary research uses field laboratories, combining the farming system and the sustainable livelihood approaches, to carry out social, ecological, and financial assessments so as to identify sustainable and resilient livelihood strategies for small-scale Andean farmers. The first research step studies and characterizes farm household systems, influenced by their biophysical and socioeconomic contexts, for which two vulnerability indices were elaborated. Focused on the climate variability, the five livelihood assets and the three IPCC’s vulnerability components, these indices show the highly sensitive conditions of most communities with poor health conditions, access to infrastructure and public services. Farmers’ capacity of response is often limited by the low on-farm diversity and lack of organization. Thereafter, sustainable livelihood strategies were identified. These include on-farm intensification and non-farm labor intensification for lowland and better-access communities. In the middle-access and highland communities, where temporary migration is a common coping strategy, sustainable scenarios include an increment in diversification strategies through agrobiodiversity and a larger share of tree-based production systems. Furthermore, research step II explores local strategies to cope with agricultural droughts and evaluates, by means of natural resource assessment methods, agroforestry systems as an alternative to reduce their negative effects. Mainly affected by the increasing variation in precipitation events, farmers identify off-farm and on-farm diversification as adaptive strategies against agricultural droughts that reduce the weather dependence and covariance between livelihood activities. Among the introduction of more resistant crop and pasture varieties, the incorporation of trees in their system is desired because of their positive influence in soil moisture and crop yields. Soil moisture in agroforestry systems with eucalyptus trees is 10-20% higher than in agricultural systems during the beginning of the wet season. Differences in the soil moisture during the end of the dry season and in the potato yield are not evident between these systems, although an area without sowing reduced the agricultural output in 13-17% in agroforestry systems. Research step III seeks to maximize the efficiency of resource allocation in farm household systems by developing a linear programming optimization model. This financial assessment underpinned the need of additional off-farm activities for resource-scarcer farmers. In addition, under interest rates below 15% the model includes tree-based production systems as part of the optimal solution. However, with increasing interest rates, a higher share of land is used to cover household’s basic needs and fewer resources are available for capital accumulation activities such as forestry. Variations introduced in the model show that pasture systems are more sensitive to changes in the production outputs, whereas variation in farm worker wages and tree prices affected less the optimal solutions, making farming systems less sensitive to these market changes. Finally, the incorporation of tree-based systems have proved to be a sustainable and resilient livelihood strategy against climate variability available for particular farm household systems of the study area. / Las zonas montañosas, incluyendo la región andina son muy sensibles al cambio climático. Los agricultores de los Andes centrales del Perú están cada vez más expuestos a los efectos de la variabilidad climática. Esta investigación transdisciplinaria utiliza laboratorios de campo (field laboratories), combinando los enfoques de sistemas agrícolas y de medios de vida sostenibles, para llevar a cabo evaluaciones sociales, ecológicas y financieras con el fin de identificar estrategias sostenibles y resilientes para los agricultores andinos de pequeña escala. La primera fase de la investigación caracteriza a los sistemas agrícolas familiares, influenciados por sus contextos biofísicos y socioeconómicos, para lo cual se elaboraron dos índices de vulnerabilidad centrados en la variabilidad del clima, los cinco activos de los medios de vida y los tres componentes de la vulnerabilidad del IPCC. Estos índices muestran las condiciones de alta sensibilidad de la mayoría de las comunidades, con malas condiciones de salud y poco acceso a la infraestructura y a los servicios públicos. La capacidad de respuesta de los agricultores es a menudo limitada por la baja diversidad en las actividades agrícolas y la falta de organización. Posteriormente se identificaron las estrategias de medios de vida sostenibles. Estas incluyen la intensificación en las actividades agrícolas y la intensificación del trabajo no agrícola en las comunidades de zonas bajas y con mejor acceso. En las comunidades con menor acceso y zonas altas la migración temporal es una estrategia de afrontamiento común. Los escenarios sostenibles en estas comunidades incluyen un incremento en las estrategias de diversificación p. ej. a través de un aumento de la biodiversidad agrícola y una mayor proporción de sistemas de producción asociados con árboles. Por otra parte, la segunda fase de la investigación explora las estrategias locales para hacer frente a las sequías agrícolas y evalúa, por medio de métodos de evaluación de recursos naturales, los sistemas agroforestales como alternativa para reducir sus efectos negativos. Afectados principalmente por el aumento en la variación de las precipitaciones, los pequeños agricultores identifican a la diversificación de actividades dentro y fuera de sus parcelas agrícolas como una estrategia de adaptación frente a las sequías agrícolas que reduce la dependencia climática y la covarianza entre las actividades de subsistencia. Dentro de la introducción de variedades de cultivos y pastos más resistentes, como parte de la solución, los agricultores desean la incorporación de árboles en su sistema debido a su influencia positiva en la humedad del suelo y en los rendimientos de los cultivos. La humedad del suelo en sistemas agroforestales con árboles de eucalipto es un 10-20% mayor que en los sistemas agrícolas durante el comienzo de la estación húmeda. Las diferencias en la humedad del suelo durante el final de la estación seca y en el rendimiento de los cultivos de papa no son evidentes entre estos dos sistemas. A pesar de esto, el espacio sin siembra dejado en los sistemas agroforestales redujo la producción agrícola en un 13-17%. La tercera fase de la investigación busca maximizar la eficiencia en la asignación de recursos en los sistemas agrícolas familiares mediante el desarrollo de un modelo de optimización de programación lineal. Esta evaluación financiera respalda la necesidad de actividades adicionales no-agrícolas para agricultores con recursos más escasos. Además, con tasas de interés por debajo del 15%, el modelo siempre incluye a los sistemas de producción forestales y/o agroforestales como parte de las soluciones óptimas. Sin embargo, con el aumento de las tasas de interés, una mayor proporción de tierra se utiliza para cubrir las necesidades básicas del hogar y menos recursos están disponibles para las actividades de acumulación de capital como la silvicultura. Las variaciones introducidas en el modelo muestran que los sistemas de pastoreo son más sensibles a los cambios en los condiciones de producción. Por otro lado, la variación en los salarios de los trabajadores agrícolas y en los precios de los árboles afectan en un menor grado las soluciones óptimas, proporcionando sistemas agrícolas menos sensibles a estos cambios en el mercado. Finalmente, la incorporación de árboles en los sistemas agrícolas ha demostrado ser una estrategia de vida sostenible y resiliente a la variabilidad climática disponible para determinados sistemas agrícolas familiares de la zona de estudio. / Hochgebirgsregionen einschließlich der Andenregion sind gegenüber dem Klimawandel sehr empfindlich. Die in den zentralen Anden von Peru lebenden Bauern sind mehr und mehr den Auswirkungen durch Klimaschwankungen ausgesetzt. Diese transdisziplinäre Forschung nutzt Feldlabore, die das System der landwirtschaftlichen Bewirtschaftung und Ansätze zur nachhaltigen Lebensunterhaltssicherung kombinieren, um soziale, ökologische und ökonomische Erhebungen durchzuführen, so dass nachhaltige Livelihood-Strategien für die Kleinbauern in den Anden aufgezeigt werden können. Der erste Forschungsschritt untersucht und charakterisiert die bäuerlichen Haushaltssysteme, die durch ihre biophysikalischen und sozioökonomischen Kontexte beeinflusst sind. Hierfür wurden zwei Vulnerabilitätsindizes herausgearbeitet, die Klimavariabilität und die fünf Güter des Sustainable Livelihood-Konzepts im Fokus haben, sowie die drei Vulnerabilitätskomponenten des Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). Diese Indizes decken die hochgradige Sensitivität für die meisten Gemeinden auf, aufgrund des schlechten Gesundheitszustandes sowie dem Mangel an Infrastruktur und öffentlichen Dienstleistungen. Die Fähigkeit der Bauern damit umzugehen, ist zumeist begrenzt durch eine geringe Diversität und fehlende Organisation auf den Farmen. Anschließend werden nachhaltige Livelihood-Strategien aufgezeigt. Diese umfassen die Intensivierung der Arbeit in der Landwirtschaft und der Arbeitskraft außerhalb der Landwirtschaft für Gemeinden im Flachland sowie besser erreichbare Gemeinden. In Hochlandgemeinden und Gemeinden die schwer zugänglich sind, ist temporäre Migration eine geläufige Bewältigungsstrategie. Nachhaltige Szenarien in diesen Gemeinden beinhalten eine höhere Anzahl an Diversifizierungsstrategien wie die Steigerung von Agro-Biodiversität und dem Anteil an baumbasierten Produktionssystemen. Forschungsschritt II untersucht lokale Strategien, um die landwirtschaftliche Dürre zu bewältigen und bewertet – mit Hilfe von Naturressourcenbewertungsverfahren – Agroforstsysteme als eine Alternative, um die negativen Auswirkungen der Trockenzeiten zu verringern. Beeinträchtigt durch zunehmende Niederschlagsschwankungen, identifizieren Bauern die Diversifizierung von landwirtschaftlichen und nicht-landwirtschaftlichen Aktivitäten als Anpassungsstrategie bei landwirtschaftliche Dürre, wodurch die Abhängigkeit vom Wetter und die Kovarianz zwischen den Aktivitäten für den Lebensunterhalt reduziert werden kann. Neben der Einführung resistenterer Kultur- und Weidepflanzen, ist die Einbeziehung von Bäumen in das System wünschenswert, aufgrund ihres positiven Einflusses auf die Bodenfeuchte und Erträge. Die Bodenfeuchte in agroforstwirtschaftlichen Systemen mit Eukalyptusbäumen ist während der beginnenden Feuchtperiode 20% höher als in landwirtschaftlichen Systemen. Die Unterschiede der Bodenfeuchte am Ende der Trockenzeit und bezüglich des Kartoffelertrags sind zwischen diesen Systemen nicht markant, obwohl eine Fläche, auf der keine Saat ausgebracht wurde, den landwirtschaftlichen Ertrag in Agroforstsystemen um 13 bis 17% mindert. Forschungsschritt III versucht die Effizienz der Ressourcenzuordnung in Farmhaushaltssystemen zu maximieren, indem ein Optimierungsmodell mit Hilfe der linearen Programmierung entwickelt wird. Diese ökonomische Erhebung unterstreicht die Notwendigkeit zusätzlicher nichtlandwirtschaftlicher Aktivitäten für ressourcenärmere Bauern. Bei Zinsraten unter 15% umfasst das Model baumbasierte Produktionssysteme als einen Teil der optimalen Lösung. Mit steigenden Zinsraten wird jedoch eine größere Bodenfläche dazu verwendet, um die Grundbedürfnisse der Haushalte zu decken und es stehen weniger Ressourcen für Aktivitäten zur Kapitalanhäufung wie Forstwirtschaft zur Verfügung. Die in das Modell involvierten Variationen zeigen, dass Weidesysteme sensibler auf Veränderungen des Produktionsausstoßes reagieren. Schwankungen bei den Löhnen der Farmer und Veränderungen der Baumpreise beeinträchtigen hingegen die optimalen Lösungen weniger. Dadurch sind die landwirtschaftlichen Systeme gegenüber Marktschwankungen weniger anfällig. Abschließend erweist sich, dass – für bestimmte Farmhaushaltssysteme im Untersuchungsgebiet – die Einbeziehung baumbasierter Systeme als nachhaltige und resiliente Livelihood-Strategie angesichts von Klimaschwankungen nützlich ist. / Regiões altomontanas, incluindo os Andes são extremamente sensíveis aos impactos das mudanças climáticas. Pequenos agricultores da região central dos Andes Peruanos estão progressivamente sendo expostos aos impactos das variações climáticas. A presente investigação transdisciplinar utiliza “field laboratories”, combinando os enfoques de sistemas rurais e dos meios de subsistência sustentáveis, visando uma avaliação social, ecológica e financeira, com intuito de se identificar estratégias resilientes e sustentáveis para os pequenos agricultores Andinos. A primeira etapa do presente estudo investiga e caracteriza os sistemas rurais, influenciados por seus contextos biofísicos e socioeconômicos, para os quais foram elaborados dois índices de vulnerabilidade focados na variabilidade climática, nos recursos dos meios de vida (cinco capitais) e nos três componentes da vulnerabilidade do IPCC. Esses índices mostram as condições altamente sensíveis da maioria das comunidades, com más condições de saúde, acesso à infra-estrutura e serviços públicos. A capacidade de resposta dos pequenos agricultores é frequentemente limitada pela baixa diversificação de actividades na exploração agricola e falta de organização. Posteriormente, foram identificadas estratégias de subsitência sustentáveis. Estas incluem a intensificação tanto do trabalho rural, quanto do não-agrícola para as comunidades de terras baixas e mais acessíveis. Para as comunidades altomontanas e com menor acesso, a migração temporária é uma estratégia de enfrentamento comum. Cenários sustentáveis para essas comunidades incluem um incremento nas estratégias de diversificação p. ex. aumentando a agrobiodiversidade e a parcela dos sistemas de produção florestais. A segunda etapa da pesquisa explora estratégias locais para lidar com as secas agrícolas e investiga, por meio de métodos de avaliação de recursos naturais, sistemas agroflorestais como alternativa para reduzir os seus efeitos negativos. Afetado principalmente pelo aumento da variação da precipitação, os agricultores identificam a diversificação tanto no trabalho rural, quanto no não-agrícola, como estratégias adaptativas contra secas agrícolas que reduzam a dependência do clima e covariância entre atividades de subsitência. Entre a introdução de culturas e de pastagens de variedades mais resistentes, a incorporação de árvores em seu sistema é desejada por conta da sua influência positiva na umidade do solo e no rendimento das culturas. A umidade do solo em sistemas agroflorestais com árvores de eucalipto é de 10-20% maior do que em sistemas agrícolas durante o início da estação chuvosa. As diferenças na umidade do solo durante o final da estação seca e na produtividade da batata não são evidentes entre estes dois sistemas. Apesar disso, o espaço sem semeadura deixado em sistemas agroflorestais reduziu a produção agrícola em 13-17%. A terceira etapa da presente investigação visa maximizar a eficiência da alocação de recursos em sistemas agrícolas familiares por meio do desenvolvimento de um modelo de otimização de programação linear. Esta avaliação financeira sustenta a necessidade de atividades não-agrícolas adicionais para agricultores com recursos escassos. Ademais, sob taxas de juros abaixo de 15%, o modelo inclui sistemas de produção florestais como parte da solução ideal. Contudo, com o aumento das taxas de juros, uma parcela maior da propriedade é usada para garantir as necessidades básicas, e portanto, menos recursos do agregado familiar estão disponíveis para atividades de acumulação de capital, tais como a silvicultura. Variações introduzidas no modelo mostram que sistemas de pastagem são mais sensíveis a mudanças nas condições de produção. Ademais, variaçãoes nos salários dos trabalhadores agrícolas e nos preços de árvores afetam menos as soluções ótimas, tornando os sistemas agrícolas menos sensíveis a estas mudanças do mercado. Por fim, a incorporação de sistemas florestais provaram ser uma estratégia de subsistência sustentável e resiliente contra a variação climática para determinados sistemas de agricultura familiar da área de estudo.