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Resumen Este estudio presenta una primera aproximación a la relación entre hidrología,calidad del agua, geología y suelos para un ecosistema de jalca cerca de Cajamarca en el norte de Perú. Debido a que las áreas de jalca son propensas a la degradación de sus suelos húmicos, como resultado del uso del suelo y del cambio climático, se requiere mayor información sobre su hidrología y geoecología. Durante dos campañas de campo se evaluó la geología, geomorfología, suelos y vegetación del área. Además, se realizaron mediciones de conductividad eléctrica hidrológica y se tomaron muestras a lo largo de varias quebradas (arroyos). Aunque en la región hay importantes proyectos mineros, no existe actividad minera en las cuencas estudiadas. Los suelos mostraron una clara relación con su sustrato y en muchos casos tuvieron un alto contenido de materia orgánica, que se demuestra por el predominio de horizontes A mólicos y úmbricos. La hidrología es impulsada por un excedente de agua de alrededor de 300 mm por año y el caudal de los ríos está íntimamente relacionado con la estacionalidad de las lluvias. Hemos encontrado que existe una clara relación entre el sustrato subyacente y la química del agua de los arroyos y pantanos. Se pueden distinguir dos tipos de agua: uno originado de rocas extrusivas dacíticas (ignimbritas), con niveles extremadamente bajos de sólidos disueltos totales, un predominio de Ca2+ y HCO3 -, niveles de sodio relativamente altos y una baja RAS (relación de adsorción de sodio). El otro tipo de agua se origina en zonas de roca madre dominadas por calizas, mostrando niveles mucho más altos de sólidos disueltos totales. La contaminación química del agua, expresada en nitratos y amonio, estuvo relacionada especialmente con zonas pobladas. Abstract This study gives a first approximation of the relationship between hydrology and water quality, geology, and soils for a jalca ecosystem near Cajamarca in Northern Peru. As the jalca areas are prone to degradation of their humic soils as a result of land use and climate change, more information is needed on their hydrology and geoecology. During two field campaigns the area was surveyed with regard to geology, geomorphology, soils, and vegetation. Furthermore, hydrological routings were executed, measuring electrical conductivity (EC25) of stream waters and selectively sampling these waters. Soils showed a clear relationship with their substrate and were in many cases high in organic material as shown by the dominance of mollic and umbric A horizons, respectively. The hydrology is driven by a water surplus of around 300mm per year, and stream discharge is closely related to the seasonality of the rainfall. We found that there is a clear relationship between the underlying substrate and the water chemistry of the streams and fens. Two set of water types can be distinguished: one originating from dacitic extrusive rocks (ignimbrites), with extremely low total dissolved solid levels, a dominance of Ca2+ and HCO3 -, and relatively high sodium levels and with low SAR (sodium adsorption ratio) values. The other type of water originates from limestone dominated bedrock areas, showing much higher total dissolved solid levels. Chemical water pollution, as expressed by nitrates and ammonium, was especially related to settlements.

Resumen Los suelos del páramo almacenan cantidades excepcionales de carbono debido a las condiciones edáficas y climáticas sobre las cuales se desarrollan. Este gran reservorio de carbono está amenazado debido a los efectos del cambio climático y las dinámicas de uso de la tierra. No obstante, el desarrollo de mecanismos de mitigación como los promovidos por REDD+ son una alternativa que puede ayudar a reducir los impactos de estas amenazas y promover su conservación. Sin embargo, para la aplicación de estos tipos de mecanismos es fundamental que los procesos asociados al mantenimiento y dinámica del ciclo del carbono sean comprendidos y los posibles impactos puedan ser proyectados. En este trabajo, a partir de una extensa revisión de artículos indexados, se presenta una síntesis del estado actual del conocimiento y se discute las ventajas y limitaciones de la aplicación de modelos de carbono orgánico del suelo y sus parámetros asociados. Como resultado de esta revisión, concluimos que los modelos disponibles actualmente contienen limitaciones importantes asociados a los procesos y flujos de la descomposición de la materia orgánica que impiden su aplicación en los páramos andinos. Adicionalmente, información sobre las variables de ingreso es limitada y lo mismo aplica para información independiente que permita validar los resultados modelados. El artículo concluye con recomendaciones sobre prioridades futuras de investigación, enfatizando la urgencia del desarrollo de estudios comparativos sobre los efectos del uso de la tierra en la dinámica del carbono, en lugar del desarrollo de estudios experimentales en condiciones controladas. Abstract Paramo soils store exceptionally large amounts of carbon because of the specific edaphic and climatic conditions in tropical high-altitude ecosystems. This soil C-stock is threatened by changes in climate and land use, but potentials for its conservation on the basis of REDD+ type mechanisms are high. However, for application of such mechanisms it is crucial that properties and processes involved are adequately understood and impacts can be predicted. In this paper, an overview is given of the current knowledge and applicability of soil carbon models and parameters involved, based on a full search of publications in international refereed journals. The conclusion is that existing models are not readily applicable to paramo soils because of the specific decomposition processes and pathways. Moreover, information on relevant input parameters is scant and the same holds for data that can be used to validate model outputs. Recommendations are given for future research, emphasizing the urgency of comparative studies of land use impacts, rather than of experimental studies.

Resumen Se estudiaron los suelos, los registros de polen y los marcadores biológicos en transectos entre bosque y páramo en la reserva natural Guandera al norte del Ecuador para reconstruir el límite superior del bosque y establecer sus características y dinámicas. Se encontró que los suelos estaban marcados por una acumulación extrema de materia orgánica, índices muy bajos de descomposición y una actividad biológica específica del ecotono. También se estableció que los suelos guardan excelentes archivos de la vegetación del Holoceno en forma de registros de polen y de marcadores biológicos. Estos últimos parecían ser específicos de determinadas plantas y permitieron una reconstrucción nueva y detallada de la vegetación específica del sitio y de su historia. La combinación de los datos del suelo, los registros de polen y los perfiles de los arcadores biológicos indicaron que todos los sitios actualmente boscosos (3.500-3.600 msnm) estuvieron previamente bajo vegetación de páramo en algún momento durante el Holoceno y que el LSB cambió repetida y rápidamente. Los sitios de páramo (3.700 msnm y más altos) nunca estuvieron debajo de bosques durante el Holoceno. Así, debe aceptarse una altitud de alrededor de 3.700 msnm como el límite superior de forestación ecológicamente sostenible. Abstract Soils, pollen records and biomarkers were studied in forest-paramo transects in the Guandera nature reserve in northern Ecuador to reconstruct the upper forest line (RUFLE) and establish its characteristics and dynamics. Soils were found to be marked by extreme accumulation of organic matter, very low decomposition rates and ecotone specific biological activity, and also hold excellent archives of the Holocene vegetation in the form of pollen records and biomarkers. The latter appeared to be plant specific and allowed for a novel, detailed reconstruction of the site-specific vegetation and its history. Combination of soil data, pollen records and biomarker profiles showed that all currently forested sites (3.500-3.600 m asl) were previously under páramo vegetation at some time during the Holocene and that the UFL repeatedly and rapidly shifted. The páramo sites (3.700m asl and higher) were never under forest throughout the Holocene. Thus, for the upper limit of ecologically sustainable afforestation an altitude of about 3.700 m asl is to be accepted.

Resumen La Jalca, considerada como un área de transición entre los páramos y la puna, es también un ecosistema de pastizales altoandinos naturalmente fragmentado con una creciente actividad humana que no ha sido cuantificada aun en detalle. Este estudio tiene por objetivo analizar el cambio del uso del suelo y los cambios en la configuración espacial de los parches (fragmentación) de la jalca del sur de Cajamarca. Usando imágenes satelitales de 1987 y 2007 (LANDSAT 5TM) se reconstruyeron mapas de cobertura y se identificaron los parches de jalca para cada año. Nuestros resultados muestran que la jalca se redujo en un 25% (75.000 ha) durante el periodo analizado. La actividad agrícola es la principal responsable de esta pérdida en extensión de Jalca, especialmente en las zonas más altas donde los cultivos han ocurrido a mayores alturas en el 2007 que en 1987. Sin embargo, en términos relativos el incremento de plantaciones (1000%) y minería (500%) es más dramático que el de la agricultura (26%). Adicionalmente se observa un proceso de fragmentación creciente donde los parches de jalca se están volviendo más pequeños y perdiendo los límites naturales de jalca-bosques o jalca-arbustales para estar rodeados de actividades humanas. Abstract The Jalca, a transitional area between the paramos and the puna, is also a naturally fragmented grassland ecosystem with an increasing human activity not detailed quantified yet. This study analyzes: 1) the land use and land cover changes and 2) changes in the spatial configuration (fragmentation) of the Jalca of South Cajamarca. Land cover maps were constructed by classifying satellite images (LANDSAT 5M) taken on 1987 and 2007 to analyze land cover and land use change and Jalca patches were identified from those maps for the fragmentation analysis. Our results show a reduction of Jalca areas by 25% (75.000 ha) between 1987 and 2007. Agriculture is the main driver of this reduction in extent especially in the upper zones of the Andes showing an upward expansion of crops. However, in relative terms, the increase in plantations (1000%) and mining areas (500%) is more dramatic than that of agriculture (26%). Additionally the Jalca has suffered a fragmentation process where Jalca patches have become smaller and have lost the natural borders jalca-forest and jalca-shrublands to be surrounded by human activities.

Las zonas más altas de los Andes tropicales del Ecuador albergan frágiles ecosistemas caracterizados por su alta biodiversidad. Estos lugares están habitados por poblaciones indígenas que dependen enteramente para su subsistencia de los recursos naturales de estos sistemas. Los ecosistemas en estas áreas de alta montaña incluyen pajonales de páramo (tropical alpino) y bosques húmedos montanos, que originalmente cubrían grandes extensiones desde Venezuela hasta Perú. Estos ecosistemas cumplen funciones ambientales importantes, como el suministro de agua potable y para irrigación, la conservación de la biodiversidad, el almacenamiento de carbono, la producción agrícola y el turismo. Durante los últimas décadas, la presión de la población sobre los sistemas en cuestión se ha incrementado rápidamente y como consecuencia de ello el uso de la tierra con fines agrícolas se ha extendido, a menudo usando técnicas inapropiadas y conduciendo a una degradación galopante. Los bosques montanos naturales han sido extensamente reemplazados por cultivos de papa o plantaciones forestales (Hofstede et al, 2002), y los páramos naturales son intensamente afectados por el sobrepastoreo y las quemas. En muchas situaciones el uso intensivo de la tierra ha conducido, según se cree, al descenso del límite superior del bosque (UFL, también llamado ecotono bosque-páramo y definido como la zona de transición entre el bosque montano alto y la vegetación de páramo). Sin embargo, movimientos de ascenso del bosque montano han sido atribuidos también al calentamiento global, que afecta particularmente a los ecosistemas de montaña (Price 1999) y severamente complica las predicciones (Castaño 2002). Durante las últimas décadas el Instituto para la Biodiversidad y Dinámica de Ecosistemas (IBED) de la Universidad de Amsterdam ha estado involucrado en la investigación multidisciplinaria de ecosistemas en apoyo a la conservación y al manejo sustentable del bosque altoandino y el páramo, en cooperación con varias organizaciones de la region andina. En dichos proyectos, la información sobre el origen y la ecología de los bosques en el ecotono bosque- páramo es vital para estimar las opciones de uso sustentable de la tierra (agricultura, forestería, conservación). Una solicitud particular por obtener información precisa sobre la dinámica del ecotono bosque- páramo provino de los recientes proyectos de reforestación en ecosistemas altoandinos degradados en Ecuador en el marco del protocolo de Kyoto y su intención de disminuir la emisión de CO2. Un posicionamiento preciso de la altitud natural del UFL en un periodo precedente a la interferencia humana masiva fue necesario para definir la distribución potencial de bosques claves en la restauración ecológica. Sin embargo, la degradación de los bosques naturales, especialmente dentro del valle Central interandino ha tenido lugar por tanto tiempo que la posición natural del UFL a menudo no puede ser establecida directamente, y la investigación paleo-ecológica debe entonces aplicarse imperativamente. Desafortunadamente, ciertos resultados contradictorios del análisis de polen fósil por un lado y del análisis de vegetación por otro lado han dado como resultado la incertidumbre y el debate científico sobre la posición natural del UFL en valle Central interandino del Ecuador. Por ejemplo en la Reserva Biológica Guandera, estimaciones científicas de la posición natural del UFL dieron un rango que va desde la posición actual a 3600 m.s.n.m. hasta una posición hipotética a 4000 m.s.n.m. (Wille et al. 2002, Laegaard 1992). El objetivo principal del programa "Reconstrucción del Límite Superior del Bosque en Ecuador"( Reconstruction of the Upper Forest Line in Ecuador, RUFLE) fue el obtener un mejor entendimiento de la dinámica del UFL en los Andes Ecuatorianos en general, y en particular reconstruir la posición natural más probable en el área de la Reserva Biológica Guandera. Para dilucidar la incertidumbre científica antes mencionada acerca de la posición natural del UFL, se eligió un enfoque multi-proxy para lograr esta meta. En este enfoque una combinación novedosa de técnicas derivadas de la ciencia del suelo, la geoquímica molecular orgánica, la palinología y la ecología vegetal fue puesta en obra para identificar la dinámica del UFL en el espacio y el tiempo a lo largo de cortos transectos altitudinales que cruzan los ecotonos bosque- páramo en la actualidad y en el pasado en el área de estudio. El programa RUFLE fue llevado a cabo en Ecuador y en los Países Bajos en el periodo entre 2004 y 2009 por investigadores de los grupos de investigación en Paleo-ecología y Ecología del Paisaje y del grupo de investigación en Ciencias de la Superficie de la Tierra del Instituto para la Biodiversidad y Dinámica de Ecosistemas (IBED) de la Universidad de Amsterdam, Países Bajos. La investigación fue financiada por la Organización Holandesa para el Avance de la Investigación Tropical (Netherlands Organization for the Advancement of Tropical Research, NWO-WOTRO) y la Universidad de Amsterdam.