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.

Percentage of importance indice-production unknown: loss and solution sources identification on system / Percentagem de índice de importância-produção desconhecida: identificação de fontes de perda e de solução no sistema

Abstract Indices are used to help on decision-making. This study aims to develop and test an index, which can determine the loss (e.g., herbivorous insects) and solution (e.g., natural enemies) sources. They will be classified according to their importance regarding the ability to damage or to reduce the source of damage to the system when the final production is unknown. Acacia auriculiformis (Fabales: Fabaceae), a non-native pioneer species in Brazil with fast growth and rusticity, is used in restoration programs, and it is adequate to evaluate a new index. The formula was: Percentage of the Importance Indice-Production Unknown (% I.I.-PU) = [(ks1 x c1 x ds1)/Σ (ks1 x c1 x ds1) + (ks2 x c2 x ds2) + (ksn x cn x dsn)] x 100. The loss sources Aethalion reticulatum L., 1767 (Hemiptera: Aethalionidae), Aleyrodidae (Hemiptera), Stereoma anchoralis Lacordaire, 1848 (Coleoptera: Chrysomelidae), and Tettigoniidae, and solution sources Uspachus sp. (Araneae: Salticidae), Salticidae (Araneae), and Pseudomyrmex termitarius (Smith, 1877) (Hymenoptera: Formicidae) showed the highest % I.I.-PU on leaves of A. auriculiformis saplings. The number of Diabrotica speciosa Germar, 1824 (Coleoptera: Chrysomelidae) was reduced per number of Salticidae; that of A. reticulatum that of Uspachus sp.; and that of Cephalocoema sp. (Orthoptera: Proscopiidae) that of P. termitarius on A. auriculiformis saplings. However, the number of Aleyrodidae was increased per number of Cephalotes sp. (Hymenoptera: Formicidae) and that of A. reticulatum that of Brachymyrmex sp. (Hymenoptera: Formicidae) on A. auriculiformis saplings. The A. reticulatum damage was reduced per number of Uspachus sp., but the Aleyrodidae damage was increased per number of Cephalotes sp., totaling 23.81% of increase by insect damages on A. auriculiformis saplings. Here I show and test the % I.I.-PU. It is an new index that can detect the loss or solution sources on a system when production is unknown. It can be applied in some knowledge areas.

Resumo Índices são usados para ajudar na tomada de decisões. Este trabalho teve como objetivo desenvolver e testar um índice capaz de determinar fontes de perda (ex.: insetos herbívoros) e de solução (ex.: inimigos naturais). Eles serão classificados de acordo com sua importância quanto a habilidade de danificar ou reduzir danos no sistema, quando a produção final é desconhecida. Acacia auriculiformis (Fabales: Fabaceae), uma espécie pioneira não nativa do Brasil com rápido crescimento e rusticidade, usada em programas de restauração, é adequada para avaliar um novo índice. A fórmula foi: Porcentagem de Índice de Importância-Produção Desconhecida (% I.I.-PD) = [(ks1 x c1 x ds1)/Σ (ks1 x c1 x ds1) + (ks2 x c2 x ds2) + (ksn x cn x dsn)] x 100. As fontes de perda Aethalion reticulatum L., 1767 (Hemiptera: Aethalionidae), Aleyrodidae (Hemiptera), Stereoma anchoralis Lacordaire, 1848 (Coleoptera: Chrysomelidae) e Tettigoniidae, e as fontes de solução Uspachus sp. (Araneae: Salticidae), Salticidae (Araneae) e Pseudomyrmex termitarius (Smith, 1877) (Hymenoptera: Formicidae) apresentaram maiores % I.I.-PD nas folhas das mudas de A. auriculiformis. O número de Diabrotica speciosa Germar, 1824 (Coleoptera: Chrysomelidae) foi reduzido pelo número de Salticidae; o de A. reticulatum pelo de Uspachus sp.; e o de Cephalocoema sp. (Orthoptera: Proscopiidae) pelo de P. termitarius em mudas de A. auriculiformis. Entretanto, o número de Aleyrodidae foi aumentado pelo número de Cephalotes sp. (Hymenoptera: Formicidae) e o de A. reticulatum pelo de Brachymyrmex sp. (Hymenoptera: Formicidae) em mudas de A. auriculiformis. O dano de A. reticulatum foi reduzido pelo número de Uspachus sp., mas o dano de Aleyrodidae foi aumentado pelo número de Cephalotes sp., totalizando 23,81% de aumento de danos em mudas de A. auriculiformis. Aqui eu apresento e testo o % I.I.-PD. Ele é um novo índice capaz de detectar fontes de perda e de solução no sistema quando não se conhece a produção final. Ele pode ser aplicado em algumas áreas do conhecimento.

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.

Percentage of importance indice-production unknown: loss and solution sources identification on system

Abstract Indices are used to help on decision-making. This study aims to develop and test an index, which can determine the loss (e.g., herbivorous insects) and solution (e.g., natural enemies) sources. They will be classified according to their importance regarding the ability to damage or to reduce the source of damage to the system when the final production is unknown. Acacia auriculiformis (Fabales: Fabaceae), a non-native pioneer species in Brazil with fast growth and rusticity, is used in restoration programs, and it is adequate to evaluate a new index. The formula was: Percentage of the Importance Indice-Production Unknown (% I.I.-PU) = [(ks1 x c1 x ds1)/ (ks1 x c1 x ds1) + (ks2 x c2 x ds2) + (ksn x cn x dsn)] x 100. The loss sources Aethalion reticulatum L., 1767 (Hemiptera: Aethalionidae), Aleyrodidae (Hemiptera), Stereoma anchoralis Lacordaire, 1848 (Coleoptera: Chrysomelidae), and Tettigoniidae, and solution sources Uspachus sp. (Araneae: Salticidae), Salticidae (Araneae), and Pseudomyrmex termitarius (Smith, 1877) (Hymenoptera: Formicidae) showed the highest % I.I.-PU on leaves of A. auriculiformis saplings. The number of Diabrotica speciosa Germar, 1824 (Coleoptera: Chrysomelidae) was reduced per number of Salticidae; that of A. reticulatum that of Uspachus sp.; and that of Cephalocoema sp. (Orthoptera: Proscopiidae) that of P. termitarius on A. auriculiformis saplings. However, the number of Aleyrodidae was increased per number of Cephalotes sp. (Hymenoptera: Formicidae) and that of A. reticulatum that of Brachymyrmex sp. (Hymenoptera: Formicidae) on A. auriculiformis saplings. The A. reticulatum damage was reduced per number of Uspachus sp., but the Aleyrodidae damage was increased per number of Cephalotes sp., totaling 23.81% of increase by insect damages on A. auriculiformis saplings. Here I show and test the % I.I.-PU. It is an new index that can detect the loss or solution sources on a system when production is unknown. It can be applied in some knowledge areas.

Resumo Índices são usados para ajudar na tomada de decisões. Este trabalho teve como objetivo desenvolver e testar um índice capaz de determinar fontes de perda (ex.: insetos herbívoros) e de solução (ex.: inimigos naturais). Eles serão classificados de acordo com sua importância quanto a habilidade de danificar ou reduzir danos no sistema, quando a produção final é desconhecida. Acacia auriculiformis (Fabales: Fabaceae), uma espécie pioneira não nativa do Brasil com rápido crescimento e rusticidade, usada em programas de restauração, é adequada para avaliar um novo índice. A fórmula foi: Porcentagem de Índice de Importância-Produção Desconhecida (% I.I.-PD) = [(ks1 x c1 x ds1)/ (ks1 x c1 x ds1) + (ks2 x c2 x ds2) + (ksn x cn x dsn)] x 100. As fontes de perda Aethalion reticulatum L., 1767 (Hemiptera: Aethalionidae), Aleyrodidae (Hemiptera), Stereoma anchoralis Lacordaire, 1848 (Coleoptera: Chrysomelidae) e Tettigoniidae, e as fontes de solução Uspachus sp. (Araneae: Salticidae), Salticidae (Araneae) e Pseudomyrmex termitarius (Smith, 1877) (Hymenoptera: Formicidae) apresentaram maiores % I.I.-PD nas folhas das mudas de A. auriculiformis. O número de Diabrotica speciosa Germar, 1824 (Coleoptera: Chrysomelidae) foi reduzido pelo número de Salticidae; o de A. reticulatum pelo de Uspachus sp.; e o de Cephalocoema sp. (Orthoptera: Proscopiidae) pelo de P. termitarius em mudas de A. auriculiformis. Entretanto, o número de Aleyrodidae foi aumentado pelo número de Cephalotes sp. (Hymenoptera: Formicidae) e o de A. reticulatum pelo de Brachymyrmex sp. (Hymenoptera: Formicidae) em mudas de A. auriculiformis. O dano de A. reticulatum foi reduzido pelo número de Uspachus sp., mas o dano de Aleyrodidae foi aumentado pelo número de Cephalotes sp., totalizando 23,81% de aumento de danos em mudas de A. auriculiformis. Aqui eu apresento e testo o % I.I.-PD. Ele é um novo índice capaz de detectar fontes de perda e de solução no sistema quando não se conhece a produção final. Ele pode ser aplicado em algumas áreas do conhecimento.

Implicações nutricionais com base em diferentes intensidades de colheita da biomassa de Eucalyptus urophylla x Eucalyptus globulus / Nutritional implications based in different intensities of Eucalyptus urophylla x Eucalyptus globulus biomass harvesting

A disponibilidade de nutrientes para futuros plantios em um sítio florestal está relacionada principalmente à, intensidade de colheita aplicada. Objetivou-se, com este estudo, avaliar as implicações nutricionais causadas pelas diferentes intensidades de colheita da biomassa de um povoamento de Eucalyptus urophylla x Eucalyptus globulus com dez anos de idade, em Eldorado do Sul - RS. A avaliação das implicações nutricionais conforme a intensidade de colheita florestal foi analisada levando em consideração: o estoque de nutrientes entre o sistema solo - planta; os efeitos da colheita dos diferentes componentes da biomassa acima do solo na remoção dos nutrientes; o número de rotações e a taxa de remoção de nutrientes conforme o sistema de colheita utilizado e o coeficiente de utilização biológica dos nutrientes. Com a colheita da madeira com casca, todos os nutrientes teriam uma remoção superior a 45% de sua quantidade acumulada na biomassa total acima do solo. Entretanto, removendo apenas a madeira comercial, que apresenta o maior coeficiente de utilização de nutrientes, a porcentagem de remoção para os nutrientes, com exceção do Cu e Zn, seria inferior a 50%, chegando até 10% no caso do Ca, em relação ao total contido na biomassa. O fósforo e o cálcio poderão ser os principais nutrientes a tornarem-se limitantes na produtividade nas próximas rotações, pois as estimativas de rotações potenciais estão próximas a um, quando realizada a colheita da madeira com casca.

Nutrients available for future plantation is mainly related to the harvest system applied. Based on this, this study aimed to assess the nutritional implications caused by difference biomass harvest intensities in the Eucalyptus urophylla x Eucalyptus globulus 10 years-old in Eldorado do Sul - RS. Nutritional implications assessment was analyzed and taken into account: nutrients balance between soil-plant system; harvest effects of the different aboveground components in the nutrients removal; rotation numbers and nutrients removal rate in relation to harvest system used and nutrients biological utilization rate. With the harvest of wood with the bark all the nutrients removal would suffer more than 45% of the total amount accumulated in aboveground biomass. However, removing just the wood, which has the highest nutrients utilization rate, the nutrients removed percentage, except by Cu and Zn, will be less than 50% and up to 10% in the case of Ca in relation to the total biomass contained. Phosphorus and calcium can be the main nutrients which become limited in the next rotation productivity, because the potential rotation estimates are close to one, when wood with bark are harvested.