Gendered opportunities for improving soil health: A conceptual framework to help set the research agenda

Healthy soils play a critical role in supporting agricultural productivity, climate change mitigation and resilience, and a range of ecosystem services. Degraded and poorly responsive soils cover large areas of Africa and represent the majority of poor farmers’ fields in certain regions. While there are hundreds of technical options for improving the sustainability of land management and preventing or reversing degradation, there are many sociocultural, institutional, economic, and policy barriers hindering their adoption at large scale. At the same time, there is an emerging consensus within the international development community that gender equality and women’s empowerment are both an end in themselves and an important means for achieving a range of economic and social development objectives such as improved food security, child nutrition and education, and women’s health. Yet, gender inequality remains a wicked problem, whose deep-seated socio-economic and ideological causes are difficult to recognize and address, and which require context- and culture-specific understandings and approaches, involving multiple stakeholders with different and sometimes conflicting interests and different positions within power hierarchies. There is an urgent need to make more rapid progress on restoring and sustaining soil productivity and ecosystem functions and also to leverage soil health management for progress on gender equality. While there are important interconnections between soil health and gender equality and empowerment, these are seldom recognized, and have not been addressed in a coherent or concerted manner. In this study, we have reviewed relevant gender literature and proposed a conceptual framework to help illuminate important gender considerations for soil health and land management. These considerations are essential for identifying gender-based constraints, opportunities, and unintended consequences in promoting soil management technologies. Moreover, the application of the framework can help guide in priority setting with respect to where gender-responsive interventions are essential. We make several recommendations for setting priorities for gender-soil health research

Gender roles in Agriculture and natural resources management in upper east region, Ghana

The Upper East region is one of the poorest regions in Ghana with an estimated 90% of the people living in rural areas being peasant farmers. In many instances, farmers use their land unsustainably thus worsening the already poor soil condition. Women in the region contribute substantially to food production. However, the lack of access to land and other farm inputs are major challenges that reduce their potential production levels. Climate change is another challenge which is expected to worsen the already food insecure situation of the region. Management decisions and choice of management practices have implications for the natural resource base. The study sought to investigate the livelihood typologies and the factors that differentiate household types and determine the gender specific agricultural roles in the upper east region of Ghana. Similarly, gender differentials in the adoption of inorganic fertilizer and factors that influence gender-specific adaptation strategies to climate change and variability were studied. Finally, role-playing games were used to guide management of natural resources from a gender perspective. A household survey was conducted from August to December 2014 using a pre-tested questionnaire where 150 males and 150 female farmers were randomly sampled from 14 communities within the Bolgatanga Municipality and Bongo district. Subsequently, a total of 44 grazing games comprising 22 games for male headed household (HH) and 22 games for female HH were played. Results show that male farmers have access to and cultivate larger land areas than females in the study area due to the patrilineal system of inheritance. In addition, male farmers cultivate cash crops such as legume compared to women who kept a higher percentage of their lands under the cultivation of traditional cereal crops to improve household food security. Furthermore, male HH generate relatively higher income from the sale of their farm produce than their female counterparts. Women generally have limited access to land. Women are involved in all stages of farming activities and more particularly in physically demanding activities such as planting crops, weeding, planting trees, fertilizer application, watering, tree and crop harvesting and hauling of farm produce. The only role women play in the financial administration of the farm is selling of crops. Men on the other hand are engaged in land preparation, feeding of livestock, seedling production and pruning of trees. They are the main actors in the financial administration such as purchasing of farm inputs, farm financing and maintenance of farm records. The study also shows that male headed households are more likely to adopt fertilizer application than female HH. The factors that significantly influenced male HH adoption of inorganic fertilizer were household size, marital status, area of land allocated for maize and rice production and perceptions about fertility status of the soil. Factors that influence adoption of inorganic fertilizer for female headed HH were, farming experience, household size and dependency ratio, farm area for maize and rice and family remittance. A majority of both gender groups perceived an increase in temperature, a decrease precipitation and an increase in drought spells. However only 49% male and 40% female HH have adopted strategies to cope with increasing temperatures while 56% male and 49% female have adapted to decreasing precipitation. Similarly, 62% male and 60% female HH have adapted to increasing drought spells. The main difference between the two groups are that males prefer to migrate and seek employment in other parts of the country whereas females prefer to engage in off-farm jobs such as trading, basketry and shea-butter processing. The age of farmers, access to extension services, access to credit facility, farming experience between 11- 21 years, and perceived loss of soil fertility, among other factors, are more likely to lead to the adoption of practices that reduce the impact of decreasing and erratic precipitation. In the games, males produced higher numbers of cows but created the largest desert patches. Females were identified as better managers of natural resources as they created fewer desert patches. Strategies such as reducing the number of cows to allow for re-growth of vegetation in periods of feed scarcity, ploughing for each other using bulls, and family support using income from the sale of livestock were employed by both gender groups. Policies which target maize and rice producers will be relevant to increase fertilizer adoption. In addition, policies that target experienced farmers, farmers with large household size among female-headed households will be relevant for adoption of fertilizer. To promote climate change adaptation, policy should target farmers who have access to credit, extension services, land and access to weather information. The involvement of female farmers in decision-making is crucial to improve natural resource management.Geschlechterrollen in der Landwirtschaft und im Management natürlicher Ressourcen in der Upper East Region Ghanas Die Upper East Region ist eine der ärmsten Regionen Ghanas. Dort sind schätzungsweise 90 % der Landbevölkerung Kleinbauern. In vielen Fällen nutzen die Bauern ihr Land nicht nachhaltig und verschlechtern so den ohnehin bereits schlechten Zustand des Bodens. Die Frauen in der Region leisten einen erheblichen Beitrag zur Nahrungsmittelproduktion. Jedoch ist der fehlende Zugang zu Land und zu anderen landwirtschaftlichen Produktionsmitteln eine große Herausforderung, die das Produktionspotential der Frauen verringert. Der Klimawandel wird voraussichtlich die Notlage der Nahrungsmittelsicherung verschärfen. Die Entscheidungen und Praktiken mit den Folgen des Klimawandels umzugehen haben Auswirkungen auf die natürlichen Ressourcen. Zum einen hat diese Studie das Ziel die Lebensgrundlagen und die Faktoren zu bestimmen, welche die unterschiedlichen Haushalte ausmachen. Zum anderen geht es darum, die geschlechterspezifischen Rollen in der Landwirtschaft der Upper East Region in Ghana zu ermitteln. Ebenfalls untersucht werden die Geschlechterunterschiede in der Einführung von anorganischem Dünger und die Faktoren, welche den geschlechterspezifischen Anpassungsstrategien an den Klimawandel beeinflussen. Dabei wurden Rollenspiele eingesetzt, um den Umgang mit natürlichen Ressourcen aus geschlechtsspezifischer Sicht zu ermitteln. Von August bis Dezember 2014 wurde eine Haushaltsumfrage mit einem vorab getesteten Fragebogen durchgeführt, bei der 150 Bauern und 150 Bäuerinnen aus 14 Gemeinden des Bolgatanga Municipal District und des Bongo District nach dem Zufallsprinzip befragt wurden. Anschließend wurden insgesamt 44 sogenannte grazing games durchgeführt, 22 in von Männern geleiteten Haushalten (HH) und 22 in weiblichen geleiteten Haushalten. Die Ergebnisse zeigen, dass Männer im Untersuchungsgebiet aufgrund des patrilinearen Vererbungssystems Zugang zu größeren Landflächen haben als Frauen. Darüber hinaus bauen Männer Cash Crops wie Hülsenfrüchte an, Frauen hingegen nutzen einen höheren Prozentsatz ihrer Anbauflächen für traditionellen Getreideanbau, um die Ernährungssicherheit ihrer Haushalte zu verbessern. Männliche HH erzielten daher ein höheres Einkommen aus dem Verkauf ihrer landwirtschaftlichen Erzeugnisse als ihre weiblichen Kollegen. Frauen haben in der Regel nur begrenzten Zugang zu Land. Frauen sind in allen Bereichen der Landwirtschaft tätig und verrichten insbesondere harte körperliche Arbeit wie das Pflanzen von Nutzpflanzen und Bäumen, Jäten, Düngen, Bewässern, Ernten und das Tragen der Ernte. Die einzige Rolle, die Frauen in der Verwaltung der Finanzen spielen, ist der Verkauf der Ernte. Die Männer hingegen beschäftigen sich mit der Bodenbearbeitung, der Fütterung von Vieh, der Produktion von Setzlingen und dem Beschneiden von Bäumen. Sie sind die Hauptakteure in der Verwaltung der Finanzen und kümmern sich um den Kauf von Produktionsmitteln, um die Finanzierung und um die Buchführung. Die Studie zeigt auch, dass von Männern geführte Haushalte eher auf Düngemittel zurückgreifen als weibliche HH. Die Faktoren, welche die Einführung von anorganischem Dünger bei Männern maßgeblich beeinflussen, sind die Haushaltsgröße, der Familienstand, die für die Mais- und Reisproduktion zugewiesene Fläche und die Beurteilung der Fruchtbarkeit des Bodens. Faktoren, welche die Einführung von anorganischem Dünger bei von Frauen geführten HH beeinflussen, sind landwirtschaftliche Erfahrung, Haushaltsgröße und Abhängigkeitsgrad, landwirtschaftliche Nutzfläche für Mais und Reis und Rücküberweisung von Familienmitgliedern. Die Mehrheit beider Geschlechtergruppen konnte einen Temperaturanstieg, sowie einen Rückgang der Niederschläge und einen Anstieg der Dürreperioden beobachten. Allerdings haben nur 49% der männlichen und 40% der weiblichen HH Strategien entwickelt, um mit den steigenden Temperaturen umzugehen. An die abnehmenden Niederschläge haben sich 56% der Männer und 49% der Frauen angepasst. Zudem haben sich 62% der männlichen und 60% der weiblichen HH auf die zunehmenden Dürreperioden eingestellt. Der Hauptunterschied zwischen den beiden Gruppen besteht darin, dass Männer es vorziehen, in andere Teile des Landes zu migrieren und eine Beschäftigung zu suchen, während Frauen es bevorzugen, Tätigkeiten außerhalb der Landwirtschaft auszuüben wie Handeln, das Herstellen von Korbwaren und die Verarbeitung von Shaebutter. Faktoren für die Einführung von Praktiken, welche die Auswirkungen abnehmender und unregelmäßiger Niederschläge verringern, sind: das Alter der Bauern, der Zugang zu Beratung und Krediten, landwirtschaftliche Erfahrung im Alter von über 10 Jahren und den augenscheinliche Fruchtbarkeit des Bodens. In den Spielen produzierten die Männer eine höhere Anzahl von Kühen, aber auch die größten Wüstenflächen. Frauen wurden als bessere Verwalter von natürlichen Ressourcen ausgemacht, da sie weniger Wüstenflächen schufen. Beide Gruppen setzten die folgenden Strategien ein: sie reduzierten die Anzahl der Kühe, damit sich die Vegetation in Zeiten der Futterknappheit erholen kann; sie unterstützen sich gegenseitig beim Pflügen der Felder mit Bullen; und nutzten familiäre Netzwerke für den Verkauf von Vieh. Politische Maßnahmen, die sich an Mais- und Reisproduzenten richten, werden relevant sein, um die Nutzung von Düngemitteln zu erhöhen. Ebenfalls relevant für die Einführung von Düngemitteln sind Richtlinien die sich an erfahrene Bauern richten, sowie an große von Frauen geführte Haushalte. Um die Anpassung an den Klimawandel zu fördern, sollte die Politik auf Bauern ausgerichtet sein, die Zugang zu Krediten und Beratungsdiensten, sowie zu Land- und Wetterinformationen haben. Die Einbeziehung von Bäuerinnen in den Entscheidungsprozess ist ausschlaggebend für eine bessere Bewirtschaftung von natürlichen Ressourcen

Flexibility of multi-agent system models for rubber agroforest landscapes and social response to emerging reward mechanisms for ecosystem services in Sumatra, Indonesia

Payments for ecosystem services (PES) have been widely recognized as an innovative management approach to address both environment conservation and human welfare while serving as a policy instrument to deal with the ecosystem service (ES) trade-offs resulting from land-use/ cover change (LUCC). However, there is no solid understanding of how PES could affect the synergies and trade-offs among ES. This research focuses on the LUCC and its inherent ES trade-offs in the context of social-ecological systems (SES) that incorporates key feedbacks and processes, and explores the possible impacts of management regimes, i.e., PES schemes (e.g., eco-certification and reduced emissions from deforestation and degradation (REDD)). To address the complexity of this research, a multi-agent simulation (MAS) model (LB-LUDAS - Lubuk Beringin - Land Use DynAmics Simulator) was applied in which process-based decision-making sub-models were incorporated in the decision-making mechanism of agents. The model was developed to explore policy scenarios by quantifying the potential ES trade-offs resulting from the agents’ land-use choices and preferences. It was first implemented for the rubber agroforest landscape in Jambi Province (Sumatra), Indonesia. Species richness, carbon sequestration, opportunity costs, and decision processes such as PES adoption and future land-use preferences sub-models were incorporated to capture as much as possible the real SES of a rubber agroforest landscape. Three scenarios were simulated over a 20-year period, namely the PES scenario, the scenario land-use preference if supported by financial assistance/subsidies (SUB), and the current trend as the baseline scenario. From the simulations, the key findings show that there was a minimal land-cover change under the PES scenario, where an estimated 22% of the species richness in rubber agroforests could be conserved and 97% of the carbon emissions reduced compared to the baseline scenario. For the SUB scenario, an estimated 6% of the species richness could be conserved and 47% of the carbon emissions reduced. With regard to livelihoods, only under the PES scenario was wealth inequality reduced up to 50%. Regarding the return for land investment, the profitability of a land-use type depends considerably on each scenario; however, rubber agroforests would be highly profitable (20%) if a price premium were to be implemented under an eco-certification scheme. The main conclusions of this study are firstly, that PES schemes for rubber agroforests could offer synergies among carbon emission reduction, biodiversity and livelihoods, thus reducing the trade-offs resulting from possible land-use/cover change, and secondly that the LB-LUDAS model as an integrated and MAS model is a useful tool to capture the ES trade-offs as an emergent property of the dynamic social-ecological systems at the same time serving as a negotiation-support system tool to support the design of land-use policies. The use of process-based decision making in the LB-LUDAS model is recommended in order to incorporate intended decisions of agents in various situations. In this way, the triggers, options and temporal and spatial aspects of agents’ reactions are captured in a relatively realistic way.Flexibilität von Multi-Agenten-Modellen für Gummi-Agroforste-Landschaften und die soziale Reaktion auf die neu entstehenden Belohnungsmechanismen für Ökosystemdienstleistungen in Sumatra, Indonesien Bezahlungen für Ökosystemdienstleistungen (PES) sind weit verbreitet und anerkannt als ein Managementansatz sowohl für den Umweltschutz als auch für das menschliche Wohlbefinden. Gleichzeitig dienen sie als Politikinstrument zur Behandlung der Folgen (ES trade-offs) durch Veränderungen in der Landnutzung/-bedeckung (LUCC). Es gibt jedoch kein solides Wissen darüber, wie sich PES auf die Synergien und trade-offs zwischen den ES auswirken könnten. Der Schwerpunkt dieser Studie liegt auf den LUCC und ihren inhärenten ES trade-offs im Kontext von sozial-ökologischen Systemen (SES), die wichtige Feedbacks und Prozesse berücksichtigen. Die Studie untersucht die möglichen Auswirkungen von Managementregimen, d.h., PES-Systeme (z.B. Ökozertifizierung und reduzierte Emissionen von Entwaldung und Degradation (REDD)). Um die Komplexität des Themas zu erfassen, wurde ein Multi-Agentensimulationsmodel (MAS; LB-LUDAS - Lubuk Beringin - Land Use DynAmics Simulator) eingesetzt, in dem prozessbasierte Entscheidungs-Submodelle in den Entscheidungsmechanismus der Agenten berücksichtigt werden. Das Modell wurde entwickelt, um verschiedene Szenarien durch die Quantifizierung der potentiellen ES trade-offs, die durch die Wahl bzw. Vorlieben der Agenten hinsichtlich der Landnutzung entstehen, zu untersuchen. Es wurde zuerst für die Landschaften der Gummi-Agroforste in Jambi Provinz (Sumatra), Indonesien, eingesetzt. Sub-Modelle wie Artenvielfalt, Kohlenstoffspeicherung, Opportunitätskosten und Entscheidungsprozesse wie Anwendung von PES und zukünftige Präferenzen wurden berücksichtigt, um so weit wie möglich die tatsächlichen SES von Gummi-Agroforsten zu erfassen. Drei Szenarien wurden über eine Periode von 20 Jahren simuliert nämlich das PES-Szenario, das Szenario Landnutzungspräferenz, wenn mit finanzieller Unterstützung bzw. Subventionen (SUB), sowie der aktuelle Trend als Grundszenario. Die wichtigsten Ergebnisse der Simulationen zeigen eine minimale Veränderung der Landnutzung im PES-Szenario wobei ca. 22% der Artenvielfalt in den Gummi-Agroforsten erhalten und die Kohlenstoffemissionen um 97% reduziert werden konnten verglichen mit dem Grundszenario. Bei dem SUB-Szenario konnten ca. 6% der Artenvielfalt erhalten und die Kohlenstoffemissionen um 47% reduziert werden. Hinsichtlich der Lebensgrundlagen wurden nur beim PES-Szenario die Wohlstandsungleichheit um bis zu 50% reduziert. Bei den Renditen für Investitionen in Land hängt Wirtschaftlichkeit sehr stark vom Landnutzungstyp ab; Gummi-Agroforste wären jedoch sehr profitabel (20%) bei einem Preisaufschlag in einem Ökozertifizierungsprogramm. Die wichtigsten Schlussfolgerungen dieser Untersuchung sind erstens, dass PES-Programme für Gummi-Agroforste zu Synergien zwischen Reduzierung von Kohlenstoffemissionen und Biodiversität sowie Lebensgrundlagen führen und damit die trade-offs reduzieren, die durch mögliche Veränderungen in der Landnutzung/-bedeckung entstehen können und zweitens, dass das LB-LUDAS-Modell als integriertes sowie als MAS-Modell ein nützliches Instrument darstellt, um die ES trade-offs als eine zu Tage tretende Eigenschaft der dynamischen sozialen-ökologischen Systemen zu erfassen. Gleichzeitig dient das Modell als Instrument zur Unterstützung von Verhandlungen bei der Planung von Landnutzungsmaßnahmen. Der Einsatz prozessbasierter Entscheidungen im LB-LUDAS-Modell um geplante Entscheidungen von Agenten in verschiedenen Situationen zu berücksichtigen, wird empfohlen. Auf diese Art können die Auslöser, die Optionen sowie die zeitlichen und räumlichen Aspekte der Reaktionen der Agenten auf relativ realistische Weise erfasst werden

Chapter 11 - Agriculture, forestry and other land use (AFOLU)

Agriculture, Forestry, and Other Land Use (AFOLU) plays a central role for food security and sustainable development. Plants take up carbon dioxide (CO2) from the atmosphere and nitrogen (N) from the soil when they grow, re-distributing it among different pools, including above and below-ground living biomass, dead residues, and soil organic matter. The CO2 and other non-CO2 greenhouse gases (GHG), largely methane (CH4) and nitrous oxide (N2O), are in turn released to the atmosphere by plant respiration, by decomposition of dead plant biomass and soil organic matter, and by combustion. Anthropogenic land-use activities (e.g., management of croplands, forests, grasslands, wetlands), and changes in land use / cover (e.g., conversion of forest lands and grasslands to cropland and pasture, afforestation) cause changes superimposed on these natural fluxes. AFOLU activities lead to both sources of CO2 (e.g., deforestation, peatland drainage) and sinks of CO2 (e.g., afforestation, management for soil carbon sequestration), and to non-CO2 emissions primarily from agriculture (e.g., CH4 from livestock and rice cultivation, N2O from manure storage and agricultural soils and biomass burning. The main mitigation options within AFOLU involve one or more of three strategies: reduction / prevention of emissions to the atmosphere by conserving existing carbon pools in soils or vegetation that would otherwise be lost or by reducing emissions of CH4 and N2O; sequestration - enhancing the uptake of carbon in terrestrial reservoirs, and thereby removing CO2 from the atmosphere; and reducing CO2 emissions by substitution of biological products for fossil fuels or energy-intensive products. Demand-side options (e.g., by lifestyle changes, reducing losses and wastes of food, changes in human diet, changes in wood consumption), though known to be difficult to implement, may also play a role. Land is the critical resource for the AFOLU sector and it provides food and fodder to feed the Earth's population of ~7 billion, and fibre and fuel for a variety of purposes. It provides livelihoods for billions of people worldwide. It is finite and provides a multitude of goods and ecosystem services that are fundamental to human well-being. Human economies and quality of life are directly dependent on the services and the resources provided by land. Figure 11.1 shows the many provisioning, regulating, cultural and supporting services provided by land, of which climate regulation is just one. Implementing mitigation options in the AFOLU sector may potentially affect other services provided by land in positive or negative ways. In the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) Second Assessment Report (SAR) and in the IPCC Fourth Assessment Report (AR4), agricultural and forestry mitigation were dealt with in separate chapters. In the IPCC Third Assessment Report (TAR), there were no separate sectoral chapters on either agriculture or forestry. In the IPCC Fifth Assessment Report (AR5), for the first time, the vast majority of the terrestrial land surface, comprising agriculture, forestry and other land use (AFOLU), is considered together in a single chapter, though settlements (which are important, with urban areas forecasted to triple in size from 2000 global extent by 2030), are dealt with in Chapter 12. This approach ensures that all land-based mitigation options can be considered together; it minimizes the risk of double counting or inconsistent treatment (e.g., different assumptions about available land) between different land categories, and allows the consideration of systemic feedbacks between mitigation options related to the land surface. Considering AFOLU in a single chapter allows phenomena common across land-use types, such as competition for land and water, co-benefits, adverse side-effects and interactions between mitigation and adaptation to be considered consistently. The complex nature of land presents a unique range of barriers and opportunities, and policies to promote mitigation in the AFOLU sector need to take account of this complexity. In this chapter, we consider the competing uses of land for mitigation and for providing other services. Unlike the chapters on agriculture and forestry in AR4, impacts of sourcing bioenergy from the AFOLU sector are considered explicitly in a dedicated appendix. Also new to this assessment is the explicit consideration of food / dietary demand-side options for GHG mitigation in the AFOLU sector, and some consideration of freshwater fisheries and aquaculture, which may compete with the agriculture and forestry sectors, mainly through their requirements for land and / or water, and indirectly, by providing fish and other products to the same markets as animal husbandry. This chapter deals with AFOLU in an integrated way with respect to the underlying scenario projections of population growth, economic growth, dietary change, land-use change (LUC), and cost of mitigation. We draw evidence from both "bottom-up" studies that estimate mitigation potentials at small scales or for individual options or technologies and then scale up, and multi-sectoral "top-down" studies that consider AFOLU as just one component of a total multi-sector system response. In this chapter, we provide updates on emissions trends and changes in drivers and pressures in the AFOLU sector, describe the practices available in the AFOLU sector, and provide refined estimates of mitigation costs and potentials for the AFOLU sector, by synthesising studies that have become available since AR4. We conclude the chapter by identifying gaps in knowledge and data, providing a selection of Frequently Asked Questions, and presenting an Appendix on bioenergy to update the IPCC Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation (SRREN)

Agriculture, Forestry and Other Land Use (AFOLU)

Agriculture, Forestry, and Other Land Use (AFOLU) is unique among the sectors considered in this volume, since the mitigation potential is derived from both an enhancement of removals of greenhouse gases (GHG), as well as reduction of emissions through management of land and livestock (robust evidence; high agreement). The land provides food that feeds the Earth’s human population of ca. 7 billion, fibre for a variety of purposes, livelihoods for billions of people worldwide, and is a critical resource for sustainable development in many regions. Agriculture is frequently central to the livelihoods of many social groups, especially in developing countries where it often accounts for a significant share of production. In addition to food and fibre, the land provides a multitude of ecosystem services; climate change mitigation is just one of many that are vital to human well-being (robust evidence; high agreement). Mitigation options in the AFOLU sector, therefore, need to be assessed, as far as possible, for their potential impact on all other services provided by land. [Section 11.1

Salience, credibility and legitimacy in land use change modeling : model validation as product or process?

Sustainable resource management requires balancing trade-offs between land productivity and environmental integrity while maintaining equality in resource access. Scenario analysis based on a credible simulation model can help to efficiently assess the dynamic and complex interactions in between components and their trade-offs. However, despite the potential of simulation models as decision support tools, acceptance and use by decision makers and natural resource managers are still major challenges, particularly in developing countries. This study was carried out to address issues related to validation of simulation models that includes users perspectives on validity of simulation models, scenario-based trade-offs analysis and uncertainty assessment for designing management intervention. Firstly, the current study analyzed users perspectives on validity of a simulation model for natural resource management based on two activities. The first activity is based on surveys in four countries (Indonesia, Kenya, Philippines and Vietnam). It explored the perceptions and expectations of potential model users (researchers, lecturers, natural resource managers, policy makers, communicators) on a hypothetical model. The second activity was a participatory model evaluation in Aceh, Indonesia involving use of the spatially explicit FALLOW model and evaluation of its outputs. When assessing a hypothetical model, potential model users considered salience (relevance) as the most important attribute in a simulation model followed by credibility. Once a model was used, the ability of the model results to depict reality on the ground (credibility) became a critical and most important aspect for users. Nevertheless, even in cases where model performance was poor, users considered the scenario approach in evaluating their landscape a novelty. Potential model users profession, prior exposure to a simulation model and interest in using models did not significantly influence respondents ranking of model attributes (salience, credibility, legitimacy). In the second study, to improve salience of a FALLOW model application, a livestock module was developed and tested for a peri-urban situation in the Upper Konto catchment, East Java, Indonesia. This study aimed to explore the impact of land use zoning strategies on farmers welfare, fodder availability and landscape carbon stocks. Scenario analysis revealed that the current land zoning policy of establishing protected areas and allowing farmers access to fodder extraction in part of the protected areas is the most promising strategy in balancing the trade-offs of production (farmers welfare) and environment (represented by above-ground carbon sequestration). Compared to the scenario reflecting current policy, the open-access scenario that allows opening land in protected areas, was simulated to increase farmers welfare by 13% at the expense of losing 23% of landscape carbon. The extended FALLOW model with its livestock module proved an effective tool to examine the interactions between livestock, cropping systems, household decision and natural resources in data poor environments. The FALLOW model was able to simulate the land cover spatial pattern in the catchment (2002-2005) with a goodness of fit of 81% while the ability of predicting land change was 34.5% at a pixel resolution of 1 ha. In the third study, to understand the effect of uncertainty in input parameters influencing model outcome, an uncertainty analysis of landscape C stock and emissions was carried out using several approaches that can cater for different situations of data availability (plot level carbon stocks and land cover maps). The analysis used data collected during a study assessing opportunities for REDD+ (Reducing Emission from Deforestation and Degradation) in a forest frontier region in Jambi, Indonesia, during 2000-2009. In a minimum data set situation (only single plot carbon estimates and a single land cover map available) the average landscape C stock estimates were 114.5 Mg.ha-1 and 81.0 Mg.ha-1 for 2000 and 2009, respectively. Based on an expected-carbon-deviance curve, the confidence levels that the landscape C estimates were correct were 70% and 63% for 2000 and 2009, respectively. For other cases of enhanced data availability, Monte Carlo simulations were carried out to evaluate the propagation of land use classification errors and plot-level carbon stocks variation, jointly influencing landscape C stock and emission estimates. Results showed that excluding errors in land use classification resulted in biased estimates of landscape C stock and emissions. However, the bias over the whole area was estimated to be less than 7.5% (or 2.8 Mg.ha-1) with a coefficient variation of less than 0.2%. In the last study, we combined spatial aggregation analysis on the error-perturbed C emission maps (resulting from Monte Carlo analysis in the third study) with local stakeholders perspectives to develop an effective REDD+ scheme at the district level. The uncertainty analysis formed the basis for determining an appropriate scale for monitoring carbon emission estimates as performance measures of a REDD+ scheme. Changes in spatial resolution of C emission maps influenced the magnitude of potential area eligible for carbon payment and the uncertainty in carbon emission estimates. At 100 m resolution, 34.8% of the area would be eligible for REDD+ with an uncertainty of 82%while at 5000 m resolution only 6.5% of the area would be eligible with a 1% error. At 1 km2 pixel size (1000 m resolution), the errors dropped below 5%, retaining most of the coarser spatial variation in the district. Hence, feasible measures for emission reduction in the district, derived from a participatory planning process, are compatible with the 1000 m spatial resolution of the C emission map. Overall, the research elucidates the importance of involving model users in evaluating a simulation model, including scenario development and subsequent results analysis and interpretation. The study also indicates the importance of making efforts to improve model output accuracy to gain users acceptance as users consider spatial accuracy is an important aspect of landscape-based models. In data-scarce situations, model users considered model robustness in responding to new situations to be more important than precision. Scenario analysis proved to be an effective tool to examine interactions in a complex landscape, including their consequences for trade-offs (e.g. farmers welfare versus landscape carbon stocks) and synergies (e.g. fodder availability and farmers welfare). Analysis of uncertainty of landscape C emission during land use changes can provide guidance in developing appropriate natural resource management interventions. Although model users may perceive model validation as a product, it is in fact a process.Nachhaltiges Ressourcenmanagement erfordert eine Balance der Austauschbeziehungen (trade-offs) zwischen Landproduktivität und ökologischer Integrität, sowie der Aufrechterhaltung eines gleichberechtigten Ressourcenzugangs. Szenarienanalyse basierend auf glaubwürdigen Modelsimulationen kann dabei die dynamischen und komplexen Interaktionen zwischen beteiligten Komponenten und deren Austauschbeziehungen unterstützen. Ungeachtet des Potentials von Simulationsmodellen als unterstützendes Mittel im Entscheidungsprozess des Landmanagements, stellen Akzeptanz und Verwendung von Entscheidungsträgern und Naturschutzmanagern eine noch immer große Herausforderung, vorallem im Kontext der Entwicklungsländer, dar. Diese Studie wurde erstellt, um relevante Aspekte im Bezug der Validierug von Simulationsmodellen aus Sichtweise der Nutzer-Perspektive sowie der Anwendung von Simulationsmodellen zur Bewertung von Austauschbeziehungen und deren Unsicherheitsabschätzungen zur Erstellung von Managementinterventionen zu ergründen. Zunächst wurde in der vorliegenden Studie die Validität von Simulationsmodellen aus Sichtweise der Modelnutzer basiered auf zwei unterschiedlichen Aktivitäten des Naturschutzmanagements untersucht. In der ersten Aktivität wurde dabei die Wahrnehmung und Erwartungshaltung von potentiellen Modelnutzern (Wissenschaftlern, Dozenten, Naturschutzmanagern, Entscheidungsträgern und Kommunikatoren) aus Indonesien, Kenia, Philippinen und Vietnam mit Hilfe von Fragebögen betrachtet. Die zweite Aktivität beinhaltete eine partizipative Validierung von Modelergebnissen generiert mit dem räumlich-expliziten FALLOW Model in Aceh, Indonesien. Die Ergebnisse ergaben, das potentielle Modelnutzer Relevanz als das wichtigste Attribut vor Glaubwürdigkeit als Grundlage zur Bewertung eines hypothetischen Models verwendeten. Nachdem ein Model bereits eingesetzt wurde, waren Glaubwürdigkeit der Modelergebnisse im Vergleich der Realtität vor-Ort als ein kritisches und zugleich als das wichtigste Nutzerkriterium angesehen. Auch in Fällen schlechter Simulatiosnergebnisse wurde von den Modelnutzern der Szenarienansatz zur Bewertung Ihrer Landschaft als Novum angesehen. Der potentielle Modeliererhintergrund, eine vorherige Erfahrung mit Simulatiosnmodellen und das Interesse zur Verwendung von Simulationsmodellen beeinflußten die genannte Rangfolge der Modelattibute (Relevanz, Glaubwürdigkeit, Legitimiät) der befragten Personen dabei nicht signifikant. In der zweiten Studie wurde zur Verbesserung der Relevanz einer FALLOW Modelanwendung ein Modul zur Viehbestandsbewertung entwickelt und anhand eines peri-urbanen Fallbeispiels im Upper Konto Wassereinzugsgebiet, Ost-Java, Indonesien getestet. Die Studie untersuchte dabei den Einfluss von Landnutzungszonenstrategien auf die Wohlstandssituation von Bauern, Futtermittelverfügbarkeit, und der Kohlenstoffbestände auf Landschaftsebene. Eine Szenarienanalyse machte deutlich, das die gegenwärtigen Richlinien zur Landzonierung zur Etablierung von Schutzgebieten und die erlaubte Nutzung von Futtermittelextraktion aus Teilen der Schutzgebiete die bestgeeigneteste Strategie ist, um ein ausgeglichene Bilanz der Austauschbeziehungen von Produktion (Wohlstand der Bauern) und Umwelt (Kohlenstoffsequestrierung) zu erreichen. Im Vergleich zur bestehenden Richtlinie hatte das Open-access Szenario, das eine vollständige Nutzung der Schutzgebiete erlauben würde, eine simulierte Wohlstandsteigerung der Bauern von 13% zur Folge, im Gegenzug dazu müße mit einem Verlust von 23% der Kohlenstoffbestände auf Landschaftsebene gerechnet werden. Das erweiterte FALLOW Model mit dem Tierbestandmodul bewies das es als effektives Werkzeug, zur Bewertung der Interaktionen zwischen Viehbestand, Anbausystemen, Haushaltsentscheidungen und Naturschutzmanagement, in einer datenarmen Umgebung einsetzbar ist. Das FALLOW Model war in der Lage, die räumlichen Landbedeckungsgrade im Wassereinzugsgebiet mit einer Genauigkeit (Goodness-of-fit) von 81% und einer Ladnutzungsänderung von 34,5% auf der Pixelebene von 1 ha im Zeitraum von 2002-2005 vorherzusagen. In der dritten Studie wurden die Effekte untersucht, die durch die Unsicherheit von Eingabeparamtern auf Seiten der Modelergebnisse entstehen können. Unter Zuhilfenahme einer Unsicherheitsanalyse von Kohlenstoffbeständen und Emissionen auf Landschaftsebene wurden dabei verschiedene Situationen der Datenverfügbarkeit (Schlagspezifische Kohlenstoffbestände, Landbedeckungskarten) untersucht. Die Analyse verwendete Daten die während einer Studie zur Abschätzung der REDD+ (Reducing Emission from Deforestation and Degradation) Verwendungsmöglichkeiten in einer Waldgrenzregion in Jambi, Indonesien während der Jahre 2000 bis 2009 erhoben wurden. In einer Minimumdatensatzsituation (nur schlagspezifische Datensätze, und einzelne Landbedeckungskarte verfügbar) wurde der Durchschnittskohlenstoffbestand auf Landschaftsebene auf 114,5 Mg ha-1 in 2000 und 81,0 Mg ha-1 für 2009 geschätzt. Basierend einer zu erwartenden Kohlenstoff-Abweichungs Kurve, wurde der Vertrauensgrad der Kohlenstoffschätzung auf Landschaftsebene im Jahr 2000 mit 70% und in 2009 auf 63% beziffert. Für Fälle mit erweiterterter Datenverfügbarkeit wurde ein Monte-Carlo Simulation ausgeführt, um die Fehlerfortpflanzung bedingt durch Landnutzungsklassifizierung und Variation der schlagspezifischen Kohlenstoffbestände auf den Einfluss der Kohlenstoffbestände auf Landschaftsebene und deren Emission gemeinsam zu untersuchen. Die Ergebnisse zeigten, das ein Fehlerauschluss innerhalb der Landnutzungsklassifizierungen, sowie die Variationen der schlagspezifischen Kohlenstoffbestände einen systematischen Fehler in den Abschätzungen des Kohlenstoffbestandes und der Emission auf Landschaftsebene erzeugten. Allerdings betrug der Fehler im Landschaftskontext weniger als 7,5% (oder 2,8 Mg ha-1) mit einem Varianzskoeffiezient von weniger als 0,2%. In der letzten Studie wurde eine räumliche Aggregierungsanalyse der fehlerbehafteten Kohlenstoddemissionskarten (basierend auf den Monte-Carlo Simulationen) dazu verwendet, eine räumlich-skalierte Abhängigkei, der Durschnitts- und Varianzabschätzungen der Kohlenstoffemissionen auf Schlagebene aufzeigen. Die Skalenabhängigkeit beinflusste das Ausmaß des potentiellen Gebietes für Kohlenstoffausgleichzahlungen und daher die Gerechtigkeit im Kontext des Ausgleichszahlungplans. Auf Schlagebenengröße von 1 ha (Einheitsgröße Kohlenstoffzahlungen), wären 34,8 % des Untersuchungsgebietes für einen REDD+ Plan geeignet, während bei einer 2500 ha großen Schlaggröße nur 6,5 % geeignet wären. Das Entwurf eines leistungsbasierten Zahlungsschemas sollte diese Skalenabhängigkeit berücksichtigen. Im Gesamtüberblick konnte die vorgelegte Dissertation die Bedeutung der mit einzubeziehenden Modelnutzer zur Evaluierung eines Simulationsmodels, der Ergebnis- und Szenarienanalyse aufzeigen. Die Studie konnte ebenso deutlich machen, das die Steigerung der Genauigkeit von Modelergebnissen im Bezug von Landschaftsmodelle vorallem der räumlichen Genauigkeit, zu einer höheren Modelnutzerakzeptanz führt. In datenarmen Situationen zeigte sich, das Modelnutzern die Robustheit eines Models sich an eine neue Situation anzupasen wichtiger erscheint als Genauigkeit. Szenarienanalyse erwiess sich als ein effektives Werkzeug, um Interaktionen in einer komplexen Landschaft, inklusive deren Konsequenzen (z.B. Wohlstand der Bauern im Vergleich von Kohlenstoffbeständen auf Landschaftsebene) und deren Synergien (z.B. Futtermittelverfügbarkeit im Vergleich zum Wohlstand der Bauern) untersuchen zu können. Die Analyse von Unsicherheiten von Kohlenstoffemission auf Landschaftsebene im Verlauf eines Landnutzungswandels bietet eine Orientierung zur Entwicklung von angemessenen Interventionen im Naturschutzmanagement. Auch wenn Anwender Modelvalidität als ein Produkt wahrnehmen ist es in Wirklichkeit ein Prozess

CGIAR Research Program 6: Forests, Trees and Agroforestry: Livelihoods, Landscapes and Governance

CRP6 is designed to make a significant contribution toward the vision and strategic objectives articulated in the CGIAR’s Strategic Results Framework by: 1. enhancing the contribution of forests, agroforestry and trees to production and incomes of forest-dependent communities and smallholders; 2. conserving biodiversity, including tree genetic diversity, through sustainable management and conservation of forests and trees; 3. maintaining or enhancing environmental services from forests, agroforestry and trees in multifunctional and dynamic landscapes; 4. reducing emissions of greenhouse gases and augmenting carbon stocks through better management of forest- and tree-based sources while increasing local and societal resilience through forest-, agroforestry- and tree-based adaptation measures; and 5. promoting the positive impacts and reducing the negative impacts of global trade and investment as drivers of landscape change affecting forestlands, agroforestry areas, trees and the well-being of local people. The proposal was prepared by CIFOR, World Agroforestry Centre, Bioversity International and CIAT. CRP 6 was presented and approved at the 4th Fund Council Meeting in April 2011

CGIAR Research Program on Forests, Trees and Agroforestry

This program will reinvigorate efforts to reduce deforestation and forest degradation and expand the use of trees on farms. The initiative is focused on the critical importance of forests as natural “carbon sinks” that can help slow the pace of climate change and the need to conserve biodiversity. The program aims to improve the governance and management of forests, trees, and agroforestry and to increase their productivity and value. It will also help forest-dependent communities adapt to climate change. The initiative will focus on areas where forests and agroforests that play a major role in local livelihoods and carbon sequestration (or other environmental services) are under severe pressure from timber extraction, agriculture expansion, or other threats