Forest yield prediction under different climate change scenarios using data intelligent models in Pakistan

Abstract This study aimed to develop and evaluate data driven models for prediction of forest yield under different climate change scenarios in the Gallies forest division of district Abbottabad, Pakistan. The Random Forest (RF) and Kernel Ridge Regression (KRR) models were developed and evaluated using yield data of two species (Blue pine and Silver fir) as an objective variable and climate data (temperature, humidity, rainfall and wind speed) as predictive variables. Prediction accuracy of both the models were assessed by means of root mean squared error (RMSE), mean absolute error (MAE), correlation coefficient (r), relative root mean squared error (RRMSE), Legates-McCabes (LM), Willmotts index (WI) and Nash-Sutcliffe (NSE) metrics. Overall, the RF model outperformed the KRR model due to its higher accuracy in forecasting of forest yield. The study strongly recommends that RF model should be applied in other regions of the country for prediction of forest growth and yield, which may help in the management and future planning of forest productivity in Pakistan.

Resumo Este estudo teve como objetivo desenvolver e avaliar modelos baseados em dados para previsão da produção florestal em diferentes cenários de mudanças climáticas na divisão florestal Gallies do distrito de Abbottabad, Paquistão. Os modelos Random Forest (RF) e Kernel Ridge Regression (KRR) foram desenvolvidos e avaliados usando dados de produção de duas espécies (pinheiro-azul e abeto-prateado) como uma variável objetiva e dados climáticos (temperatura, umidade, precipitação e velocidade do vento) como preditivos variáveis. A precisão da previsão de ambos os modelos foi avaliada por meio de erro quadrático médio (RMSE), erro absoluto médio (MAE), coeficiente de correlação (r), erro quadrático médio relativo (RRMSE), Legates-McCabes (LM), índice de Willmott (WI) e métricas Nash-Sutcliffe (NSE). No geral, o modelo RF superou o modelo KRR devido à sua maior precisão na previsão do rendimento florestal. O estudo recomenda fortemente que o modelo RF seja aplicado em outras regiões do país para previsão do crescimento e produtividade florestal, o que pode ajudar no manejo e planejamento futuro da produtividade florestal no Paquistão.

Dietary habits of lesser bandicoot rat (Bandicota Bengalensis) in an agro-ecosystem, Pothwar Plateau, Pakistan

Abstract Dietary habits of bandicoot rats (bandicota bengalensis) were investigated in the agricultural crops of the Pothwar Plateau, Pakistan by analysing stomach contents. The research activities were conducted in major field crops including wheat-groundnut and in the fallow lands during non-crop season at the field boundaries. The specimens were captured from the fields using kill/snap traps, and dissected to collect their stomach samples for laboratory analysis. Light microscopic slides of the plant material were recovered from stomach samples and the reference materials were collected from the field. Results revealed that the bandicoot rat predominantly fed upon cultivated crops during cropping season but consumed wild vegetation during non-cropping season. There was no significance difference between summer and winter diets. Most frequently consumed crop food items were wheat (Triticum aestivum; 28.57%), groundnut (Arachis hypogea; 11.26%), sorghum (Sorghum bicolor; 10.17%), chickpea (Cicer arietinum; 9.52%), maize (Zea mays; 6.49%), millet (Pennisetum glaucum; 5.84%), barley (Hordeum vulgare; 4.98%) and mustard (Brassica campestris; 4.98%). Among wild vegetation were consumed khbal gha (Cynodon dactylon; 7.79%), baron dhab (Demostachya bipinnata; 7.36%) and Prickly flower (Achyranthes aspera; 3.03%). The study concludes that, in addition to consuming wheat and groundnut crops, the Lesser bandicoot rat also subsists on grasses, weeds, and some fodder crops, as important component of its diet in agro-ecosystem of the Pothwar Plateau.

Resumo Os hábitos alimentares de ratos bandicoot (Bandicota bengalensis) foram investigados nas plantações agrícolas do planalto de Pothwar, Paquistão, por meio da análise do conteúdo estomacal. As atividades da pesquisa foram conduzidas nas principais culturas de campo, incluindo trigo e amendoim, e em terras de pousio durante a estação não agrícola nos limites do campo. Os espécimes foram capturados dos campos usando armadilhas kill/snap e dissecados para coletar suas amostras de estômago para análise laboratorial. Lâminas de microscopia de luz do material vegetal foram recuperadas de amostras de estômago; os materiais de referência foram coletados no campo. Os resultados revelaram que o rato bandicoot alimentava-se predominantemente de culturas cultivadas durante a época de cultivo, mas consumia vegetação selvagem durante a época de não colheita. Não houve diferença significativa entre as dietas de verão e inverno. Os alimentos agrícolas mais frequentemente consumidos foram trigo (Triticum aestivum; 28,57%), amendoim (Arachis hypogea; 11,26%), sorgo (Sorghum bicolor; 10,17%), grão de bico (Cicer arietinum; 9,52%), milho (Zea mays; 6,49%), milheto (Pennisetum glaucum; 5,84%), cevada (Hordeum vulgare; 4,98%) e mostarda (Brassica campestris; 4,98%). Entre a vegetação silvestre foram consumidos khbal gha (Cynodon dactylon; 7,79%), barão dhab (Demostachya bipinnata; 7,36%) e flor espinhosa (Achyranthes aspera; 3,03%). O estudo conclui que, além de consumir culturas de trigo e amendoim, o rato bandicoot pequeno também subsiste de gramíneas, ervas daninhas e algumas culturas forrageiras, componentes importantes de sua dieta no agroecossistema do planalto de Pothwar.

Forest yield prediction under different climate change scenarios using data intelligent models in Pakistan / Previsão de produção florestal em diferentes cenários de mudanças climáticas usando modelos inteligentes de dados no Paquistão

Abstract This study aimed to develop and evaluate data driven models for prediction of forest yield under different climate change scenarios in the Gallies forest division of district Abbottabad, Pakistan. The Random Forest (RF) and Kernel Ridge Regression (KRR) models were developed and evaluated using yield data of two species (Blue pine and Silver fir) as an objective variable and climate data (temperature, humidity, rainfall and wind speed) as predictive variables. Prediction accuracy of both the models were assessed by means of root mean squared error (RMSE), mean absolute error (MAE), correlation coefficient (r), relative root mean squared error (RRMSE), Legates-McCabe's (LM), Willmott's index (WI) and Nash-Sutcliffe (NSE) metrics. Overall, the RF model outperformed the KRR model due to its higher accuracy in forecasting of forest yield. The study strongly recommends that RF model should be applied in other regions of the country for prediction of forest growth and yield, which may help in the management and future planning of forest productivity in Pakistan.

Resumo Este estudo teve como objetivo desenvolver e avaliar modelos baseados em dados para previsão da produção florestal em diferentes cenários de mudanças climáticas na divisão florestal Gallies do distrito de Abbottabad, Paquistão. Os modelos Random Forest (RF) e Kernel Ridge Regression (KRR) foram desenvolvidos e avaliados usando dados de produção de duas espécies (pinheiro-azul e abeto-prateado) como uma variável objetiva e dados climáticos (temperatura, umidade, precipitação e velocidade do vento) como preditivos variáveis. A precisão da previsão de ambos os modelos foi avaliada por meio de erro quadrático médio (RMSE), erro absoluto médio (MAE), coeficiente de correlação (r), erro quadrático médio relativo (RRMSE), Legates-McCabe's (LM), índice de Willmott (WI) e métricas Nash-Sutcliffe (NSE). No geral, o modelo RF superou o modelo KRR devido à sua maior precisão na previsão do rendimento florestal. O estudo recomenda fortemente que o modelo RF seja aplicado em outras regiões do país para previsão do crescimento e produtividade florestal, o que pode ajudar no manejo e planejamento futuro da produtividade florestal no Paquistão.

Dietary habits of lesser bandicoot rat (Bandicota Bengalensis) in an agro-ecosystem, Pothwar Plateau, Pakistan / Hábitos alimentares de rato bandicoot (Bandicota Bengalensis) em um agroecossistema do Planalto de Pothwar, Paquistão

Abstract Dietary habits of bandicoot rats (bandicota bengalensis) were investigated in the agricultural crops of the Pothwar Plateau, Pakistan by analysing stomach contents. The research activities were conducted in major field crops including wheat-groundnut and in the fallow lands during non-crop season at the field boundaries. The specimens were captured from the fields using kill/snap traps, and dissected to collect their stomach samples for laboratory analysis. Light microscopic slides of the plant material were recovered from stomach samples and the reference materials were collected from the field. Results revealed that the bandicoot rat predominantly fed upon cultivated crops during cropping season but consumed wild vegetation during non-cropping season. There was no significance difference between summer and winter diets. Most frequently consumed crop food items were wheat (Triticum aestivum; 28.57%), groundnut (Arachis hypogea; 11.26%), sorghum (Sorghum bicolor; 10.17%), chickpea (Cicer arietinum; 9.52%), maize (Zea mays; 6.49%), millet (Pennisetum glaucum; 5.84%), barley (Hordeum vulgare; 4.98%) and mustard (Brassica campestris; 4.98%). Among wild vegetation were consumed khbal gha (Cynodon dactylon; 7.79%), baron dhab (Demostachya bipinnata; 7.36%) and Prickly flower (Achyranthes aspera; 3.03%). The study concludes that, in addition to consuming wheat and groundnut crops, the Lesser bandicoot rat also subsists on grasses, weeds, and some fodder crops, as important component of its diet in agro-ecosystem of the Pothwar Plateau.

Resumo Os hábitos alimentares de ratos bandicoot (Bandicota bengalensis) foram investigados nas plantações agrícolas do planalto de Pothwar, Paquistão, por meio da análise do conteúdo estomacal. As atividades da pesquisa foram conduzidas nas principais culturas de campo, incluindo trigo e amendoim, e em terras de pousio durante a estação não agrícola nos limites do campo. Os espécimes foram capturados dos campos usando armadilhas kill/snap e dissecados para coletar suas amostras de estômago para análise laboratorial. Lâminas de microscopia de luz do material vegetal foram recuperadas de amostras de estômago; os materiais de referência foram coletados no campo. Os resultados revelaram que o rato bandicoot alimentava-se predominantemente de culturas cultivadas durante a época de cultivo, mas consumia vegetação selvagem durante a época de não colheita. Não houve diferença significativa entre as dietas de verão e inverno. Os alimentos agrícolas mais frequentemente consumidos foram trigo (Triticum aestivum; 28,57%), amendoim (Arachis hypogea; 11,26%), sorgo (Sorghum bicolor; 10,17%), grão de bico (Cicer arietinum; 9,52%), milho (Zea mays; 6,49%), milheto (Pennisetum glaucum; 5,84%), cevada (Hordeum vulgare; 4,98%) e mostarda (Brassica campestris; 4,98%). Entre a vegetação silvestre foram consumidos khbal gha (Cynodon dactylon; 7,79%), barão dhab (Demostachya bipinnata; 7,36%) e flor espinhosa (Achyranthes aspera; 3,03%). O estudo conclui que, além de consumir culturas de trigo e amendoim, o rato bandicoot pequeno também subsiste de gramíneas, ervas daninhas e algumas culturas forrageiras, componentes importantes de sua dieta no agroecossistema do planalto de Pothwar.

Small rodent communities and their associated damage to wheat-groundnut agriculture systems / Pequenas comunidades de roedores e seus danos associados aos sistemas de agricultura de trigo e amendoim

Rodents can cause significant damage to wheat-groundnut crops in developing countries, as well as to stored produce and infrastructure, affecting food security and income of small-holder farmers. Wheat (Triticum aestivum) and groundnuts (Arachis hypogea) are important cash crops for local farmers in Pakistan. Field experiments were performed to assess the extent of rodent damage to wheat-groundnut crops throughout their growth stages (i.e, germination, flowering/peg formation and maturity) in the agro-ecological zones of Pothwar Plateau, Pakistan. We used a quadrat method to record the number of damaged crop plants. On the basis of the trapping data four rodent species were captured from wheat-groundnut cropping systems which were responsible for causing damage, i.e., lesser bandicoot rat (Bandicota bengalensis) was the main species, followed by the short-tailed mole rat (Nesokia indica), the Indian gerbil (Tatera indica) and the bush rat (Golunda ellioti). In both crops, the maximum damage was recorded at crop maturity (10.7 and 14.4%, respectively). The lowest reported damage to wheat and groundnuts was at the germination stage (3.5% and 6.0%, respectively). The lower damage reported at germination could be due to availability of non-crop vegetation at field borders that may be a potential factor influencing damage. Our findings clearly show the considerable amount of damage caused by rodents to wheat-groundnut at maturity across all the agro-ecological zones of Pothwar and indicated that the small mammal composition was more related to maturity stage/season of crops, when the availability of food and climatic condition were favorable and having security under crop shelter. More detailed studies are needed to fully understand the population and breeding ecology of the relevant rodent pest species in relation to damage patterns to optimize management beyond individual structural measures.

Os roedores podem causar danos significativos às culturas de trigo e amendoim nos países em desenvolvimento, bem como aos produtos armazenados e infraestrutura, afetando a segurança alimentar e a renda dos pequenos agricultores. O trigo (Triticum aestivum) e o amendoim (Arachis hypogea) são culturas comerciais importantes para os agricultores locais no Paquistão. Experimentos de campo foram realizados para avaliar a extensão dos danos de roedores às culturas de trigo e amendoim ao longo de seus estágios de crescimento (ou seja, germinação, floração/formação e maturidade) nas zonas agroecológicas de Pothwar Plateau, Paquistão. Usamos um método de quadrat para registrar o número de plantas de cultura danificadas. Com base nos dados de armadilhagem foram capturadas quatro espécies de roedores de sistemas de cultivo de trigo-amendoim que foram responsáveis ​​por causar danos, ou seja, o rato-bandico-pequeno (Bandicota bengalensis) foi a espécie principal, seguido pelo rato-toupeira-de-cauda-curta (Nesokia indica), o gerbilo-da-índia (Tatera indica) e o rato-do-mato (Golunda ellioti). Em ambas as culturas, o dano máximo foi registrado na maturidade da cultura (10,7 e 14,4%, respectivamente). O menor dano relatado ao trigo e ao amendoim foi no estágio de germinação (3,5% e 6,0%, respectivamente). O menor dano relatado na germinação pode ser devido à disponibilidade de vegetação não cultivada nas bordas do campo, que pode ser um fator potencial que influencia o dano. Nossos resultados mostraram claramente a quantidade considerável de danos causados ​​por roedores ao trigo-amendoim na maturidade em todas as zonas agroecológicas de Pothwar e indicaram que a composição de pequenos mamíferos estava mais relacionada ao estágio de maturidade/estação das culturas quando a disponibilidade de alimentos e as condições climáticas eram favoráveis ​​e com segurança sob abrigo de cultivo. Estudos mais detalhados são necessários para entender completamente a ecologia populacional e reprodutiva das espécies de pragas de roedores relevantes em relação aos padrões de danos para otimizar o manejo, além das medidas estruturais individuais.

Phylogenetic status and diet of red fox (Vulpes vulpes griffithii) inhabiting Ayubia National Park, Pakistan

Abstract The red fox (Vulpes vulpes) is a medium-sized carnivore that occurs in different regions of Pakistan, however, still lacks scientific data on its ecology and distribution. The current study investigated the phylogenetic status and diet of the red fox (V.v. griffithii) occurring in Ayubia National Park, Pakistan. Through camera trapping and molecular analysis, we confirmed the occurrence of red fox in the study area. Based on mitochondrial cytochrome B (304 bp) and limited sampling, nearly all red foxes of Ayubia National Park and surrounding Himalayan ranges fall within Holarctic maternal lineage, whereas red foxes found in plains of Pakistan are part of the basal Palearctic maternal lineage. Using 32 scats, we found that red fox diet comprises of 80% animal-based prey species (both wild and domestic) and 19% plant matter. The wild animal prey species included Cape hare (Lepus capensis) and flying squirrel (Pteromyini sp.), which constituted 17% and 15% of diet, respectively. Red foxes infrequently consumed House mouse (Mus musculus), Himalayan Palm civet (Paguma larvata) and sheep (Ovis aries), each comprising around 6% to 9% of red fox diet. The fox species also scavenged on domestic donkey opportunistically. Based on our sampling, our study suggests that the red fox (V.v. griffithii) that occurs in Ayubia National Park and across the lesser Himalayan ranges belongs to Holarctic maternal lineage. The study also highlights consumption of plant seeds by red foxes, indicating it may play an important ecological role in seed dispersal in Ayubia National Park.

Resumo A raposa-vermelha (Vulpes vulpes) é um carnívoro de médio porte que ocorre em diferentes regiões do Paquistão, porém ainda carece de dados científicos sobre sua ecologia e distribuição. O presente estudo investigou o status filogenético e a dieta da raposa-vermelha (V.v. griffithii) que ocorre no Parque Nacional de Ayubia, Paquistão. Por meio de armadilhas fotográficas e análises moleculares, confirmamos a ocorrência de raposa-vermelha na área de estudo. Com base no citocromo B mitocondrial (304 bp) e amostragem limitada, quase todas as raposas-vermelhas do Parque Nacional de Ayubia e áreas circundantes do Himalaia se enquadram na linhagem materna holártica, enquanto as raposas-vermelhas encontradas nas planícies do Paquistão fazem parte da linhagem materna basal paleártica. Usando 32 fezes, descobrimos que a dieta da raposa-vermelha compreende 80% de espécies de presas de origem animal (selvagens e domésticas) e 19% de matéria vegetal. As espécies de presas de animais selvagens incluíram a lebre-do-cabo (Lepus capensis) e o esquilo-voador (Pteromyini sp.), que constituíram 17% e 15% da dieta, respectivamente. As raposas-vermelhas consumiam raramente ratos domésticos (Mus musculus), algas do Himalaia (Paguma larvata) e ovelhas (Ovis aries), cada um compreendendo cerca de 6% a 9% da dieta da raposa-vermelha. A espécie de raposa também se alimentava de burros domésticos de forma oportunista. Com base em nossa amostragem, nosso estudo sugere que a raposa-vermelha (V.v. griffithii) que ocorre no Parque Nacional de Ayubia e nas cordilheiras menores do Himalaia pertence à linhagem materna holártica. O estudo também destaca o consumo de sementes de plantas por raposas-vermelhas, indicando que pode desempenhar um papel ecológico importante na dispersão de sementes no Parque Nacional de Ayubia.

Drought stress enhances the efficiency of floral dip method of Agrobacterium-mediated transformation in Arabidopsis thaliana / Estresse hídrico aumenta a eficiência do método de imersão floral de transformação mediado por Agrobacterium em Arabidopsis thaliana

The Agrobacterium-mediated floral dip protocol is the most extensively used transformation method for a model plant Arabidopsis thaliana. Several useful methods for Agrobacterium tumefaciens-mediated transformations of Arabidopsis are existing, but they are time consuming and with low transformation efficiency. Here, we developed a transgenic Arabidopsis lines TET12p::TET12-RFP in a short period of time and enhanced transformation efficiency by using a modified transformation method by applying drought stress after floral dip. In this protocol, Agrobacterium cells carrying TET12p::TET12-RFP recombinant vectors were resuspended in a solution of 5% sucrose, 0.05% (v/v) silwet L-77 to transform female gametes of developing Arabidopsis inflorescences. Treated Arabidopsis were then applied with different levels of drought stresses to stimulate plants for the utilization of maximum plant energy in seed maturation process. The applied stresses achieved the fast maturation of already treated inflorescences while stopped the growing of newly arising untreated inflorescence, thus decreased the chances of wrong collection of untransformed seeds. Consequently, the collected seeds were mostly transgenic with a transformation frequency of at least 10%, thus the screening for positive transformants selection was more advantageous on a selective medium as compared to a classical floral dip method. Within 2-3 months, two hundred of individual transgenic plants were produced from just 10 infiltrated plants. This study concludes that application of drought stresses in a specific stage of plant is a beneficial strategy for achieving the transgenic Arabidopsis in a short period of time with high transformation efficiency.

O protocolo de imersão floral mediado por Agrobacterium é o método de transformação mais amplamente utilizado para uma planta-modelo Arabidopsis thaliana. Existem vários métodos úteis para transformações de Arabidopsis mediados por Agrobacterium tumefaciens, mas são demorados e com baixa eficiência de transformação. Aqui, desenvolvemos uma linha transgênica de Arabidopsis TET12p::TET12-RFP em um curto período de tempo e eficiência de transformação aprimorada usando um método de transformação modificado por meio da aplicação de estresse hídrico após o mergulho floral. Neste protocolo, células de Agrobacterium transportando vetores recombinantes TET12p::TET12-RFP foram ressuspensas em uma solução de 5% de sacarose, 0,05% (v/v) silwet L-77 para transformar gametas femininos de inflorescências de Arabidopsis em desenvolvimento. Arabidopsis tratadas foram então aplicadas com diferentes níveis de estresse hídrico para estimular as plantas a utilizar o máximo de energia da planta no processo de maturação das sementes. Os estresses aplicados alcançaram a rápida maturação das inflorescências já tratadas enquanto paravam o crescimento de inflorescências não tratadas recém-surgidas, diminuindo, assim, as chances de coleta errada de sementes não transformadas. Consequentemente, as sementes coletadas eram principalmente transgênicas, com uma frequência de transformação de pelo menos 10%; portanto, a triagem para seleção dos transformantes positivos foi mais vantajosa em um meio seletivo em comparação com um método clássico de imersão floral. Dentro de 2-3 meses, 200 plantas transgênicas individuais foram produzidas a partir de apenas 10 plantas infiltradas. Este estudo conclui que a aplicação de estresse hídrico em um estágio específico da planta é uma estratégia benéfica para alcançar a Arabidopsis transgênica em um curto período de tempo com alta eficiência de transformação.

Population and risk assessment of sympatric pheasant species in Palas Valley, Pakistan / População e avaliação de risco de espécies simpátricas de Faisão no Vale Palas, Paquistão

Pheasants are declining everywhere in the world and therefore updated information about their population and habitats are important for conservation and management. The present study was conducted in the Palas Valley, District Kohistan, Pakistan in late spring (May and June) 2020 and early spring (March and April) 2021 to assess the population and anthropogenic stress. The major focus was on three sympatric pheasant species, including Western Horned Tragopan (Tragopan melanocephalus), Himalayan Monal (Lophophorus impejanus), and Koklass Pheasant (Pucrasia macrolopha). We used the "Call Count Method" for the population assessment in the field, and a questionnaire survey was conducted to document the risk assessment of local residents of the valley. The population assessments revealed that the Koklass Pheasant is more adapted to increasing anthropogenic activities and its population appeared more or less similar as 22 years ago. In the past 22 years, Western Tragopan and Himalayan Monal have lost about 40-50% of their populations. Human interference in the form of illegal hunting, deforestation, and overgrazing was found to be common in the valley. The study concludes that the Palas Valley habitat is ideal for pheasant species; however, human interference in the form of urbanization, habitat fragmentation, illegal hunting, and deforestation is occurring at a rapid pace, causing havoc in the pheasant population.

Os faisões estão diminuindo em todo o mundo, por isso informações atualizadas sobre sua população e seus habitats são importantes para conservação e manejo. O presente estudo foi realizado no vale Palas, distrito de Kohistan, Paquistão, no final da primavera (maio e junho) de 2020 e início da primavera (março e abril) de 2021 para avaliar a população e o estresse antropogênico. O foco principal foram três espécies simpátricas de faisão, incluindo Tragopan de Chifres Ocidental (Tragopan melanocephalus), Monal-do-Himalaia (Lophophorus impejanus) e Faisão Koklass (Pucrasia macrolopha). Foi utilizado o "Método de Contagem de Chamadas" para avaliar a população em campo, e foi realizada uma pesquisa por questionário para documentar a avaliação de risco dos moradores locais do vale. As avaliações populacionais revelaram que o Faisão Koklass está mais adaptado às crescentes atividades antrópicas e que sua população se mantém mais ou menos semelhante à população de 22 anos atrás. Nos últimos 22 anos, Tragopan de Chifres Ocidental e Monal-do-Himalaia perderam cerca de 40 a 50% de suas populações. A interferência humana, sob a forma de caça ilegal, desmatamento e sobrepastoreio, era comum no vale. O estudo conclui que o habitat do vale Palas é ideal para espécies de faisão; no entanto, a interferência humana, por meio de urbanização, fragmentação de habitat, caça ilegal e desmatamento, está ocorrendo em ritmo acelerado, causando estragos na população de faisões.