Management of Natural Ecosystems

Management of Natural Ecosystems

Guide for selecting the appropriate statistical tests for the analysis of forage quality data in rangeland science research

Document Type : Original Article

Author
Associate Professor, Department of Rangeland and Watershed Management, Faculty of Natural Resources and Environment, Birjand University, Birjand, Iran.
Abstract
The purpose of this study is to guide for selecting the appropriate statistical tests, Determining the required number of samples and Investigating the relative usefulness of dependent ANOVA compared to independent ANOVA in forage quality studies. For this purpose, In the present study, the effect of stage as a factor was evaluated at least 3 levels on forage quality indicators., and the Number of samples for the independent ANOVA (as the wrong test) and the dependent ANOVA (as the correct test) ) was determined for the effect of the main treatment (phenological stage) and interaction (species × phenological stage. The Minimum number of required samples to reach the power of 80% in one-way and two-way independent ANOVA, Based on Cohen's effect size and Bossel's and Lee's effect size, was determined at the significance level of 0.05. The results showed that, if the goal is only to study the effect of phenological stages on a plant species, for an independent ANOVA for the medium effect size in three stages, approximately 150 samples are required in the total and 50 samples in each treatment, For the same power, for a dependent ANOVA, about 36 samples in the total and 12 samples in each treatment are required. If the goal is to investigate the interaction, for an independent ANOVA for the medium effect size in two plant species and three stages, there were approximately 158 samples in the total design and 26 samples per treatment. For the same amount of power, the two-way ANOVA will require approximately 36 samples in the total design and six samples in each treatment. The results showed that in the present study the relative efficiency of the dependent ANOVA is between 20% and 30% higher than the independent ANOVA. Also, the number of 5 samples is not enough to investigate the effect of stage on fodder quality indicators.
Keywords
Subjects

ارزانی، ح. (1388). کیفیت علوفه و نیاز روزانه دام چراکننده از مرتع. تهران: مؤسسۀ انتشارات دانشگاه تهران.
ارزانی، ح.، معتمدی (ترکان)، ج.، و زارع چاهوکی، م. ع. (1387). گزارش طرح ملی کیفیت علوفه گیاهان مرتعی کشور. انتشارات موسسه تحقیقات جنگلها و مراتع کشور.
ارزانی، ح.، نیکخواه، ع.، و ارزانی، ز. (1377). گزﺍﺭﺵ طرح ملی کیفیت ﻋﻠﻮﻓﻪ، ﺗﻌﻴﻴﻦ ﺍﻧﺪﺍﺯﻩ ﻫﺎﻱ ﺍﻗﺘﺼﺎﺩﻱ ﻭ ﻭﺍﺣﺪﻫﺎﻱ ﺍﺟﺘﻤﺎﻋﻲ پایه ﻣﺮﺗﻌﺪﺍﺭﻱ. دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تهران.
ارزانی ح.، احمدی، ع.، آذرنیوند، ح.، و جعفری ع. ا. (1385). تعیین و مقایسه کیفیت علوفه پنج گونه مرتعی در مراحل مختلف رشد فنولوژیکی. مجله علوم کشاورزی ایران، 37(2)، 311-303.
ارزانی، ح.، ترکان، ج.، جعفری، م.، جلیلی، ع.، و نیکخواه، ع. (1380). تأثیر مراحل مختلف فنولوژیک و عوامل اکولوژیک بر روی کیفیت علوفه‌ای چند گونه مرتعی. مجله علوم کشاورزی ایران، 32(2)، 399-385.
ارزانی، ح.، ترنیان ف.، معتمدی، ج.، شیرمردی، ح. ع.، آقاجانلو، ف.، ساعدی، ک.، و نجیب‌زاده، م. (1399). ارزیابی عناصر پرمصرف در گیاهان فورب با بکارگیری طیف‌سنجی مادون قرمز نزدیک. مرتع. ۱۴ (۱)،۱۲-۲۴
ارزانی، ح.، معتمدی، ج.، قره محمودلو، م.، و ابرسجی، ق. (1393). اندازه گیری شاخص‌های کیفیت علوفه گونه‌های مرتعی در مراتع نیمه استپی تیل آباد استان گلستان. فصلنامه پژوهش‌های آبخیزداری، 104: 3-12.
ارزانی، ح.، معتمدی، ج.، یاری، ر.، قاسمی آریان، ی.، و خطیر نامنی، ج. (1392). تعیین کیفیت علوفه گونه‌های مرتعی در زیست بوم‌های مرتعی پاشایلق مراوه تپه استان گلستان. نشریه حفاظت زیست بومی گیاهی، 1(1)، 104-87.
اشرف‌زاده، م.، و عرفانزاده، ر. (1392). رابطه کیفیت علوفه و خوشخوراکی گونه های مهم مرتعی در مراتع زرین دشت استان فارس. تحقیقات مرتع و بیابان ایران، 20(4)، 768-756.
بستان، ی. (1401). ارزش اقتصادی کارکردهای تولیدی و تنظیمی اکوسیستم‌های مرتعی (مطالعه موردی: خدمات تولید علوفه، دفع مواد زائد و تشکیل خاک). مدیریت اکوسیستم‌های طبیعی، 2(2)، 12-1.
جباری، ح.، گل زردی، ف.، شریعتی، ف.، و اسدی، ه. (1402). اثر زمان برداشت بر ویژگی‌های کمی و کیفی علوفه ارقام گلرنگ در کشت پاییزه. به زراعی کشاورزی، 25(1)، 65-81.
جعفری، م.، و رستم‌پور، م. (1398). روابط خاک و گیاه: اکولوژی، آمار و آنالیز (جلد اول). انتشارات دانشگاه تهران.
خراسانی‌نژاد، ز.، آجورلو، م.، پهلوانروی، ا.، و یوسف الهی، م. (1397). ارزیابی و مقایسه کیفیت علوفه سه گونه از گندمیان در مراحل مختلف فنولوژی در مراتع ییلاقی آسلمه کلاته چنار، شهرستان درگز. مرتع، 12 (1)،24-۳۴.
رستم پور، م.، و ساغری، م. (1402). مقایسه روش‌‌های ترسیمی و آماری تعیین تعداد واحد نمونه‌‌برداری در مطالعات پوشش گیاهی اکوسیستم‌‌های بیابانی زیرکوه خراسان جنوبی. مرتع، 17(۱)،۹۷-۱۱۳.
زارع کیا ص.، زارع، ن.، بختیاری، م.، و جعفری، ع. ا. (1400). تعیین و مقایسه کیفیت علوفه اکوتیپ‌های کشت شده دو گونه پرتولید گون علوفه‌ای (Astragalus brevidens و Astragalus vegetus). مرتع، 15 (۴)، ۷۳۶-۷۴۵.
سرداری، ف. ارزانی، ح.، و جوادی، س.ا. (1398). طبقه‌بندی شایستگی مراتع سرایان خراسان جنوبی برای چرای گوسفند بلوچی. تحقیقات مرتع و بیابان ایران، 26(4)، 1054-1042.
فارسی، م. (1378). طرح های آزمایشی در علوم کشاورزی. مشهد: انتشارات جهاد دانشگاهی مشهد.
قربانپور، س.، دیانتی تیلکی، ق.ع.، و علیزاده، م. ع. (1398). اثر تیمار سرما بر شاخص‌های کیفیت علوفه برگ گونه‌های‌ Festuca arundinaceae Scherab و Dactylis glomerata L در مرحله رشد رویشی. مرتع، 13(۳)، ۳۶۸-۳۷۵.
قهساره اردستانی، ا.، خدری غریب‌وند، ح.ا.، و علیخانی، ف. (1402). سنجش نگرش بهره برداران فاقد و دارای طرح مرتعداری در زمینه کارکردها، کالا و خدمات اکوسیستمی مراتع بلداجی. مدیریت اکوسیستم‌های طبیعی، 3(1)،14-1.
کاظمی، م.، و ولی‌زاده، ر. (1399). ارزش غذایی دو گونه گیاهی Salvia hydrangea و Sophora alopecuroides در دو مرحله فنولوژیکی. اکوفیزیولوژی گیاهی، 12(41 )، 175-187.
مارالیان، ح.، و یلچی، ط. (1401). ارزیابی خصوصیات گیاهی و ترکیب شیمیایی خلر وحشی (Lathyrus rotundifolius). مرتع،۱۶ (۱) ،۸۱-۹۲.
یزدی صمدی، ب.، ولی زاده ، م.، و رضایی، ع. م. (1392). طرحهای آماری در پژوهشهای کشاورزی. انتشارات دانشگاه تهران.
Arzani, H., Zohdi, M., Fisher, E., Zahedi Amiri, G.H., Nikkhah, A. and Wester, D., (2004). Phenological effects on forage quality of five grass species. Journal of Rangeland Ecology and Management, 57: 624-629.
Aubé, L., Guay, F., Bergeron, R., Bélanger, G., Tremblay, G. F., and Devillers, N. (2019). Sows' preferences for different forage mixtures offered as fresh or dry forage in relation to botanical and chemical composition. Animal, an international journal of animal bioscience, 13(12), 2885–2895.
Başbağ, M., and Sayar, M. S. (2023). Determination of Some Forage Quality Traits in Aegilops Species Found in the Southeastern Anatolia Region. ISPEC Journal of Agricultural Sciences, 7(4): 870-880.
Bausell, R. B., and Li, Y.-F. (2002). Power Analysis for Experimental Research, A Practical Guide for the Biological, Medical and Social Sciences (1st ed.). Cambridge University Press.
Birmaduma G., Muleta D., Tamrat Di. and Abuye T. (2023) Forage yield and quality parameters of eight oat (Avena sativa L.) genotypes at multilocation trials in Eastern Oromia, Ethiopia, Cogent Food and Agriculture, 9, 1.
Blanca, M. J., Alarcón, R., Arnau, J., Bono, R., and Bendayan, R. (2017). Non-normal data, Is ANOVA still a valid option?. Psicothema, 29(4), 552-557.
Bonapersona, V., Hoijtink, H., RELACS Consortium, Sarabdjitsingh, R. A., and Joëls, M. (2021). Increasing the statistical power of animal experiments with historical control data. Nature neuroscience, 24(4), 470–477.
Bower, J, A., (2013). Statistical Methods for Food Science, Introductory Procedures for the Food Practitioner. Wiley-Blackwell .320 Pages
Chen, X., Jiao, T., Nie, Z., Zhang, D., Wang, J., and Qi, J. (2022). Effects of different fertilizers on nutrient quality and mineral elements in different economic forage groups in Qilian Mountain alpine meadows. PeerJ, 10, e14223.
Cherney, D. J., & Parsons, D. (2020). Predicting forage quality. Forages: The Science of Grassland Agriculture2, 687-699.
Cohen, J. (1988). Statistical power analysis for the behavioral sciences (2nd ed.). L. Erlbaum Associates.
Dattalo, P. (2008). Determining Sample Size: Balancing Power, Precision, and Practicality. New York, NY: Oxfrod University Press.
Farshadfar, M., Kakaei, M., Salehabadi, Y., Baghaeifar, Z., and Jafari A.A. (2023). Study of Diversity for Yield and Quality Traits in Alfalfa (Medicago sativa L.) and Determination of the Best Population for Cultivation in Dryland Farming in Iran. Journal of Rangeland Science, 12(1), 87-101.
Geipel, J., Bakken, A.K., Jørgensen, M. and et al. (2021). Forage yield and quality estimation by means of UAV and hyperspectral imaging. Precision Agric 22, 1437–1463.
Geren, H., Kavut, Y., and Unlu, H. (2020). Effect of Different Cutting Intervals on the Forage Yield and Some Silage Quality Characteristics of Giant King Grass (Pennisetum Hybridum) Under Mediterranean Climatic Conditions. Turkish Journal of Field Crops, 25(1), 1-8.
Guo, Y., Logan, H. L., Glueck, D. H., and Muller, K. E. (2013). Selecting a sample size for studies with repeated measures. BMC medical research methodology13, 1-8.
Harmanlıoglu, O. and Kaplan, M. (2020). Herbage Yield and Quality Traits of Different Alfalfa (Medicago Sativa) Cultivars. Current Trends in Natural Sciences, 9(17): 74-82.
In, J., Kang, H., Kim, J. H., Kim, T. K., Ahn, E. J., Lee, D. K., Lee, S., and Park, J. H. (2020). Tips for troublesome sample-size calculation. Korean journal of anesthesiology, 73(2), 114–120.
Janczyk, M., and Pfister, R., (2023). Understanding Inferential Statistics, From A for Significance Test to Z for Confidence Interval. Springer. 218 p.
Katoch, R. (2023). Introduction. In, Techniques in Forage Quality Analysis. Springer, Singapore.
Keim, J. P., Cabanilla, J., Balocchi, O. A., Pulido, R. G., and Bertrand, A. (2018). In vitro fermentation and in situ rumen degradation kinetics of summer forage brassica plants. Animal Production Science59(7), 1271-1280.
Li, B., Ishii, Y., Idota, S., Tobisa, M., Niimi, M., Yang, Y., and et al. (2019). Yield and quality of forages in a triple cropping system in Southern Kyushu, Japan. Agronomy 9 (6), 277.
Lorenzo, M., Assuero, S.G., and Tognetti, J.A. (2015). Temperature Impact on the Forage Quality of Two Wheat Cultivars with Contrasting Capacity to Accumulate Sugars. Agriculture, 5(3), 649-667.
Lv, Y., Wang, J., Yin, M., Kang, Y., Ma, Y., Jia, Q., Qi, G., Jiang, Y., Lu, Q., and Chen, X. (2023). Effects of Planting and Nitrogen Application Patterns on Alfalfa Yield, Quality, Water–Nitrogen Use Efficiency, and Economic Benefits in the Yellow River Irrigation Region of Gansu Province, China. Water, 15(2), 251.
Mak, M.E., Zhang, D., Zhou, X., Zhao, X., Wang, X., Zhao, W., Wang, Q., and Ahiakpa, J.K. (2022). Effect of co-application of ridge-furrow rainwater harvesting and mulching on fodder yield, quality, and soil desiccation in alfalfa (Medicago sativa) production. J. Soil Sci. Plant Nutr. 22, 2587-2602.
Mashreghi, M., Khorasani, S. K., and Darban, A. R. S. (2014). Effect of Planting Methods and Plant Density on Yield and Yield Component of Fodder Maize. Research Journal of Environmental and Earth Sciences, 6(1), 44-48.
Melo, C.D., Maduro Dias, CSAM, Wallon, S., Borba, A.E.S., Madruga, J., Borges, P.A.V., Ferreira, M.T., and Elias R.B. (2022).Influence of Climate Variability and Soil Fertility on the Forage Quality and Productivity in Azorean Pastures. Agriculture, 12(3), 358.
Monirifar, H., Mirmozaffari Roudsari, A., Ghassemi, S. and et al. (2020). Harvest Time and Cultivar Effects on Growth, Physiological Traits, Yield and Quality of Alfalfa in Saline Condition. Int. J. Plant Prod. 14, 453–453.
Moore, K. J., Lenssen, A. W., and Fales, S. L. (2020). Factors affecting forage quality. Forages, The Science of Grassland Agriculture, 2, 701–717.
Naah, J. B. S. (2018). Investigating criteria for valuation of forage resources by local agro-pastoralists in West Africa: using quantitative ethnoecological approach. Journal of ethnobiology and ethnomedicine14, 1-16.
Randall, K.J., Ellison, M.J., Yelich, J.V., Price, W.J., and Johnson, T.N. (2023). Changes in Forage Quality and Cattle Performance with Short-Duration Grazing of Mesic Meadows in the Intermountain West. Rangeland Ecology and Management, 87(1), 13-21.
Sayar, M.S., Basbag, M., Cacan, E. and Karan, H. (2022). The effect of different cutting times on forage quality traits of alfalfa (Medicago sativa L.) genotypes and evaluations with biplot analysis. – Fresenius Environmental Bulletin, 31(08B), 9178– 9190.
Schaub, S. and et al. (2019). Data, forage quality and biomass yield of the Management Experiment set up within the Jena Experiment. ETH Zur. Res. Collect.
Schaub, S., Finger, R., Leiber, F. and et al. (2020). Plant diversity effects on forage quality, yield and revenues of semi-natural grasslands. Nat Commun 11, 768.
Shah, SS, Shi, L, Li, Z, Ren, G, Zhou, B, and Qin, P. (2020). Yield, Agronomic and Forage Quality Traits of Different Quinoa (Chenopodium quinoa Willd.) Genotypes in Northeast China. Agronomy. 2020, 10(12), 1908.
Sharifian, A., Gantuya, B., Wario, H. T., Kotowski, M. A., Barani, H., Manzano, P., Krätli, S., Babai, D., Biró, M., Sáfián, L., Erdenetsogt, J., Qabel, Q. M., and Molnár, Z. (2023). Global principles in local traditional knowledge, a review of forage plant-livestock-herder interactions. Journal of environmental management, 328, 116966.
Tahmasebi, P., Manafian, N., Ebrahimi, A., Omidipour, R., and Faal, M. (2020). Managing Grazing Intensity Linked to Forage Quantity and Quality Trade-Off in Semiarid Rangelands. Rangeland Ecology and Management 73(1), 53-60.
Tamou, C., de Boer, I. J. M., Ripoll-Bosch, R., and Oosting, S. J. (2018). Traditional ecological knowledge underlying herding decisions of pastoralists. Animal, an international journal of animal bioscience, 12(4), 831–843.
Tufarelli, V. (2019).Quality and Production of Forage. Mdpi AG.
Verma, J. P. (2015). Repeated measures design for empirical researchers. Hoboken, New Jersey, Wiley.
Walie, M., Tegegne, F., Mekuriaw, Y., and et al. (2023) Biomass yield, quality, and soil nutrients of pasture influenced by farmyard manure and enrichment planting. Rangeland Ecology and Management, 88, 174-181.
Wang, X.-Y., Cao, W.-X. Wang, X.-J., and et al. (2021). Herbage production and forage quality responses to cutting height and fertilization of legume-grass mixtures in the Hexi region [J]. Acta Prataculturae Sinica, 30(4), 99-110.
Xu, L., Tang, G., Wu, D. and Zhang, J. (2024). Yield and nutrient composition of forage crops and their effects on soil characteristics of winter fallow paddy in South China. Front. Plant Sci. 14, 1292114.

  • Receive Date 05 January 2025
  • Revise Date 17 March 2025
  • Accept Date 07 April 2025