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If upland rice production is to be sustained on sloping land, soil erosion and fertility decline must be addressed. Where soil profiles are deep, hedgerows of Gliricidia sepium and Cassia spectabilis, planted on the contour, reduce soil erosion by promoting terrace formation and overcome fertility depletion by providing nutrient rich biomass. G. sepium and C. spectabilis established by seed survived better than by cuttings. Although increased hedgerow biomass was initially obtained when both species were intercropped, intense competition was observed in established hedgerows. Consequently, mixing both species at high planting density is not recommended as C. spectabilis, a non-fixing legume, may deplete soil-N reserves. In acid soils, biomass production of G. sepium was significantly increased when lime (6 t/ha) was applied. On 18 to 30% slopes, upland rice and maize production improved along fertility and moisture gradients. Rice yields were increased when biomass of G. sepium was incorporated into the soil, up to an optimum level equivalent to 40 kg N/ha. Mulching C. spectabilis increased maize productivity during the drought prone second season. Competition was observed at the hedgerow-crop interface particularly at the upper one as a result of terracing. Although green manuring increased crop yield, broadleaf weeds, seedling maggot, stemborer and blast also increased. Strategies to manage hedgerow biomass that minimize these problems need to be developed.

O arroz é considerado o alimento mais importante para a segurança alimentar da população, sendo cultivado em várias localidades e diferentes condições climáticas ao redor do mundo. No Brasil, a maior parte do arroz é proveniente da produção no sistema inundado. Devido ao aumento da demanda por esse alimento e aos problemas sócio-ambientais causados pelo uso excessivo da água nesse sistema de produção, tem havido o interesse de se expandir a produção de arroz para outras regiões do país. Nas regiões Centro-Oeste, Norte e Nordeste, onde o arroz é produzido principalmente no sistema de terras altas, ou seja, de sequeiro, o principal fator limitante é o déficit hídrico. A fim de se minimizar os riscos climáticos associados à cultura do arroz de terras altas e maximizar os lucros, agricultores e órgãos governamentais devem buscar estratégias para identificar as melhores épocas de semeadura. Nesse contexto, as tomadas de decisão, podem ser auxiliadas pelo uso de modelos de simulação de culturas, os quais são ferramentas muito úteis, podendo predizer a variabilidade da produtividade, auxiliando na definição das épocas preferenciais de semeadura. Com base nisso, o presente estudo teve como objetivos: 1) calibrar e avaliar o desempenho do modelo ORYZA-DSSAT para simular o desenvolvimento e a produtividade do arroz de terras altas no Estado de Goiás; 2) aplicar o modelo calibrado e testado para determinar as épocas preferenciais de semeadura, juntamente com o índice de satisfação da necessidade de água (ISNA) de todas as fases da cultura e o custo de produção, e compará-las com as épocas propostas pelo Ministério da Agricultura (MAPA), através do zoneamento de risco climático; e 3) indicar as melhores regiões do Estado de Goiás para produção do arroz de terras altas, por meio de mapas, de modo a subsidiar a recomendação de cultivares e a adoção de políticas públicas. Para a calibração do modelo foram utilizados dados de um experimento conduzido no período de 2010-2011, em Santo Antônio de Goiás, GO. Para avaliar o modelo, dados de dois experimentos independentes foram utilizados, sendo um em Santo Antônio de Goiás, GO no período de 2008-2009, e outro em Porangatu, GO, no período de 2009-2010. Já a avaliação das épocas preferenciais de semeadura empregou dados meteorológicos e dos solos de 26 localidades para séries históricas que variaram de 15 a 30 anos. A cultivar utilizada foi a BRS-Primavera, de ciclo médio. Os resultados obtidos indicaram que o modelo simulou satisfatoriamente o desenvolvimento e a produtividade do arroz de terras altas para as condições de Goiás. Foram encontradas diferenças entre as épocas preferenciais de semeadura obtidos neste estudo e as recomendadas pelo MAPA. O modelo mostrou-se eficiente em simular a produtividade potencial e atingível do arroz de terras altas em Goiás em função da variação temporal e espacial das condições climáticas, possibilitando gerar mapas para subsidiar a expansão da cultura no estado de GO, a alocação de cultivares e avaliar o risco climático de diferentes épocas de semeadura. / Rice is the most important crop for food security, growing in many locations and different climate conditions around the world. In Brazil, rice is grown mainly under flood conditions. Due the increase of rice demand and social and environmental problems caused by the excessive use of water in the flood production system, there has been interest of expanding rice production to other regions of Brazil. In these regions, where rice production system is under rainfed conditions (upland rice), the main factor limiting rice yield is the water stress. To minimize the climatic risks and maximize profits, farmers and government agencies should find out strategies to identify the best sowing dates for upland rice. In such context, the decisions can be done based on crop simulation models, which are very useful tools to predict the variability of yield, defining the best sowing dates. Based on that, the objectives of the present study were: 1) to calibrate and evaluate ORYZA-DSSAT model to estimate the development and yield of upland rice in the State of Goiás, Brazil; 2) to apply the model for determining the best sowing dates, together with the crop water requirement satisfaction index (ISNA) for all phenological phases and production costs, and to compare these dates with those recommended by the Climatic Risk Zoning of Minister of Agriculture, Livestock and Food Supply (MAPA); and 3) to determine the best regions of Goiás State to grown upland rice, thtough yield maps, in order to support the recommendation of rice cultivars and adoption of public policies. To calibrate the model, data from one field experiment carried out in Santo Antônio de Goiás, GO during 2010-2011 season was used. To evaluate the model data from two other independent field experiments were used, with the first carried out in Santo Antônio de Goiás, GO, during 2008-2009 season, and the second in Porangatu, GO, during 2009-2010 season. The upland Brazilian rice cultivar BRS-Primavera (normal season) was the one used in these experiments. The results showed that the model was able to estimate development and yield of upland rice in Goiás State. Differences were found among the best sowing dates determined by this study and those recommended by MAPA. The model ORYZA-DSSAT was efficient for simulating the upland rice potential and attainable upland rice yields in the state of Goiás, in function of temporal and spatial climate variability, making possible to generate maps to subsidize the crop expansion in the state, to allocate the best cultivars to each region and to evaluate the climatic risk of the different sowing dates.

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O arroz é considerado o alimento mais importante para a segurança alimentar da população, sendo cultivado em várias localidades e diferentes condições climáticas ao redor do mundo. No Brasil, a maior parte do arroz é proveniente da produção no sistema inundado. Devido ao aumento da demanda por esse alimento e aos problemas sócio-ambientais causados pelo uso excessivo da água nesse sistema de produção, tem havido o interesse de se expandir a produção de arroz para outras regiões do país. Nas regiões Centro-Oeste, Norte e Nordeste, onde o arroz é produzido principalmente no sistema de terras altas, ou seja, de sequeiro, o principal fator limitante é o déficit hídrico. A fim de se minimizar os riscos climáticos associados à cultura do arroz de terras altas e maximizar os lucros, agricultores e órgãos governamentais devem buscar estratégias para identificar as melhores épocas de semeadura. Nesse contexto, as tomadas de decisão, podem ser auxiliadas pelo uso de modelos de simulação de culturas, os quais são ferramentas muito úteis, podendo predizer a variabilidade da produtividade, auxiliando na definição das épocas preferenciais de semeadura. Com base nisso, o presente estudo teve como objetivos: 1) calibrar e avaliar o desempenho do modelo ORYZA-DSSAT para simular o desenvolvimento e a produtividade do arroz de terras altas no Estado de Goiás; 2) aplicar o modelo calibrado e testado para determinar as épocas preferenciais de semeadura, juntamente com o índice de satisfação da necessidade de água (ISNA) de todas as fases da cultura e o custo de produção, e compará-las com as épocas propostas pelo Ministério da Agricultura (MAPA), através do zoneamento de risco climático; e 3) indicar as melhores regiões do Estado de Goiás para produção do arroz de terras altas, por meio de mapas, de modo a subsidiar a recomendação de cultivares e a adoção de políticas públicas. Para a calibração do modelo foram utilizados dados de um experimento conduzido no período de 2010-2011, em Santo Antônio de Goiás, GO. Para avaliar o modelo, dados de dois experimentos independentes foram utilizados, sendo um em Santo Antônio de Goiás, GO no período de 2008-2009, e outro em Porangatu, GO, no período de 2009-2010. Já a avaliação das épocas preferenciais de semeadura empregou dados meteorológicos e dos solos de 26 localidades para séries históricas que variaram de 15 a 30 anos. A cultivar utilizada foi a BRS-Primavera, de ciclo médio. Os resultados obtidos indicaram que o modelo simulou satisfatoriamente o desenvolvimento e a produtividade do arroz de terras altas para as condições de Goiás. Foram encontradas diferenças entre as épocas preferenciais de semeadura obtidos neste estudo e as recomendadas pelo MAPA. O modelo mostrou-se eficiente em simular a produtividade potencial e atingível do arroz de terras altas em Goiás em função da variação temporal e espacial das condições climáticas, possibilitando gerar mapas para subsidiar a expansão da cultura no estado de GO, a alocação de cultivares e avaliar o risco climático de diferentes épocas de semeadura. / Rice is the most important crop for food security, growing in many locations and different climate conditions around the world. In Brazil, rice is grown mainly under flood conditions. Due the increase of rice demand and social and environmental problems caused by the excessive use of water in the flood production system, there has been interest of expanding rice production to other regions of Brazil. In these regions, where rice production system is under rainfed conditions (upland rice), the main factor limiting rice yield is the water stress. To minimize the climatic risks and maximize profits, farmers and government agencies should find out strategies to identify the best sowing dates for upland rice. In such context, the decisions can be done based on crop simulation models, which are very useful tools to predict the variability of yield, defining the best sowing dates. Based on that, the objectives of the present study were: 1) to calibrate and evaluate ORYZA-DSSAT model to estimate the development and yield of upland rice in the State of Goiás, Brazil; 2) to apply the model for determining the best sowing dates, together with the crop water requirement satisfaction index (ISNA) for all phenological phases and production costs, and to compare these dates with those recommended by the Climatic Risk Zoning of Minister of Agriculture, Livestock and Food Supply (MAPA); and 3) to determine the best regions of Goiás State to grown upland rice, thtough yield maps, in order to support the recommendation of rice cultivars and adoption of public policies. To calibrate the model, data from one field experiment carried out in Santo Antônio de Goiás, GO during 2010-2011 season was used. To evaluate the model data from two other independent field experiments were used, with the first carried out in Santo Antônio de Goiás, GO, during 2008-2009 season, and the second in Porangatu, GO, during 2009-2010 season. The upland Brazilian rice cultivar BRS-Primavera (normal season) was the one used in these experiments. The results showed that the model was able to estimate development and yield of upland rice in Goiás State. Differences were found among the best sowing dates determined by this study and those recommended by MAPA. The model ORYZA-DSSAT was efficient for simulating the upland rice potential and attainable upland rice yields in the state of Goiás, in function of temporal and spatial climate variability, making possible to generate maps to subsidize the crop expansion in the state, to allocate the best cultivars to each region and to evaluate the climatic risk of the different sowing dates.

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京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(農学) / 甲第19325号 / 農博第2146号 / 新制||農||1036(附属図書館) / 学位論文||H28||N4953(農学部図書室) / 32327 / 京都大学大学院農学研究科地域環境科学専攻 / (主査)教授 縄田 栄治, 教授 舟川 晋也, 教授 神﨑 護 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Agricultural Science / Kyoto University / DFAM

O fósforo (P) tem sido um dos fatores mais limitantes da produção agrícola em solos de exploração recente, bem como nos solos há tempo utilizados e cuja fertilidade não é mantida. Tradicionalmente, o uso de fontes de P de elevada solubilidade tem auxiliado no aumento da fertilidade desses solos proporcionando acréscimos na produtividade das culturas. No entanto, o processo de fabricação desses fertilizantes requer o uso de rochas fosfáticas com baixa quantidade de impurezas metálicas como ferro e alumínio. Essa exigência tem levado as indústrias a descartarem quantidades elevadas de resíduo fosfático, no qual se encontram os minerais do grupo da crandallita. A busca de fontes alternativas de P para a produção agrícola encontra-se dentro do contexto de aproveitamento racional de recursos minerais existentes bem como de avançar no conhecimento de condições agronômicas que maximizem sua utilização pelas plantas. Para tanto, coletaram-se amostras do rejeito da mineração de depósitos fosfáticos de importância nacional (Catalão-GO, Juquiá-SP e Tapira-MG) contendo fosfatos aluminosos do grupo da crandallita, objetivando-se avaliar a capacidade desses minerais, após tratamento térmico, em disponibilizar P para plantas em solos sob condição de inundação e de pH próximo à neutralidade e determinar sua eficiência agronômica relativa em comparação à uma fonte padrão de P, relacionando-a com as suas características químicas e mineralógicas. O material coletado foi submetido ao tratamento térmico sob diferentes temperaturas para avaliar o efeito sobre a solubilidade e transformação morfológica. O material tratado foi: (i) misturado a amostras de terra com diferentes valores de pH para avaliar o comportamento de dissolução, (ii) submetido a teste de hidrólise em solução aquosa com valores de pH distintos e (iii) avaliado como fonte de P para as culturas do arroz-de-sequeiro e arroz inundado. De acordo com os resultados obtidos, concluiu-se que: (i) o tratamento térmico dos fosfatos aluminosos do grupo da crandallita com temperaturas ao redor de 500 ºC aumenta sua solubilidade em solução de citrato neutro de amônio e promove modificações na estrutura cristalina dos minerais, (ii) a liberação de P desses minerais é bastante reduzida em solução aquosa com valores de pH entre 4 e 8, (iii) a dissolução dos fosfatos aluminosos do grupo da crandallita calcinados em condição de solo é maior quando o valor de pH está próximo à neutralidade, comparado ao levemente ácido e (iv) que a adição dessas fontes de P ao solo promoveu resposta significativa na produção de matéria seca, na quantidade de P acumulado pela parte aérea das plantas e no rendimento de grãos de plantas de arroz-de-sequeiro e inundado, contudo não tão eficiente quanto a fonte padrão de P. / Phosphorus (P) has been one of the most limiting factors for crop production in recent cultivated soils as well as in old cropped soils in which fertility is not maintained. Traditionally, the application of high solubility P sources has helped to raise soil fertility providing increase of crop yield. However, the manufacturing process of water-soluble P fertilizers requires the use of phosphate rocks with low quantity of metal impurities as iron and aluminum. This requirement has forced the fertilizer industry to discard great amounts of phosphate residue, in which the aluminous phosphates of the crandallite group can be found. Searching alternative P sources for crop production meets the context of rational use of existing mineral resources as well as move forward on the knowledge of agronomic conditions to maximize P uptake by plants. Therefore, samples of the mine residue from phosphate deposits of great relevance (Catalão-GO, Juquiá-SP e Tapira-MG) with aluminous phosphates of the crandallite group were collected and thermal treated, aiming to evaluate their ability to provide P to plants in soils under flooding condition and with pH around neutrality, to determine their relative agronomic effectiveness compared to a standard P source, and relate it with their chemical and mineralogical properties. The material collected was submitted to a thermal treatment under different temperatures to evaluate its effect on solubility and morphology. Treated material was (i) mixed to soil samples with different pH values to evaluate its dissolution, (ii) submitted to a hydrolysis test in aqueous solution with distinct pH values, and (iii) evaluated as a P source to upland rice and flooded rice. According to the obtained results, it was concluded that: (i) the thermal treatment of aluminous phosphates of the crandallite group with temperatures around 500 ºC increase its solubility in neutral ammonium citrate solution and cause alterations on the crystalline structure of minerals, (ii) P released from these mineral is very low in aqueous solution with pH ranging from 4 to 8, (iii) dissolution of aluminous phosphates of the crandallite group under soil conditions is higher when soil pH is around neutrality, compared to low acidity, and (iv) the addition of these P sources to soil significantly increased dry matter yield, P uptake by plants, and grain yield of upland rice and flooded rice, however not as much as for the standard P source.

O fósforo (P) tem sido um dos fatores mais limitantes da produção agrícola em solos de exploração recente, bem como nos solos há tempo utilizados e cuja fertilidade não é mantida. Tradicionalmente, o uso de fontes de P de elevada solubilidade tem auxiliado no aumento da fertilidade desses solos proporcionando acréscimos na produtividade das culturas. No entanto, o processo de fabricação desses fertilizantes requer o uso de rochas fosfáticas com baixa quantidade de impurezas metálicas como ferro e alumínio. Essa exigência tem levado as indústrias a descartarem quantidades elevadas de resíduo fosfático, no qual se encontram os minerais do grupo da crandallita. A busca de fontes alternativas de P para a produção agrícola encontra-se dentro do contexto de aproveitamento racional de recursos minerais existentes bem como de avançar no conhecimento de condições agronômicas que maximizem sua utilização pelas plantas. Para tanto, coletaram-se amostras do rejeito da mineração de depósitos fosfáticos de importância nacional (Catalão-GO, Juquiá-SP e Tapira-MG) contendo fosfatos aluminosos do grupo da crandallita, objetivando-se avaliar a capacidade desses minerais, após tratamento térmico, em disponibilizar P para plantas em solos sob condição de inundação e de pH próximo à neutralidade e determinar sua eficiência agronômica relativa em comparação à uma fonte padrão de P, relacionando-a com as suas características químicas e mineralógicas. O material coletado foi submetido ao tratamento térmico sob diferentes temperaturas para avaliar o efeito sobre a solubilidade e transformação morfológica. O material tratado foi: (i) misturado a amostras de terra com diferentes valores de pH para avaliar o comportamento de dissolução, (ii) submetido a teste de hidrólise em solução aquosa com valores de pH distintos e (iii) avaliado como fonte de P para as culturas do arroz-de-sequeiro e arroz inundado. De acordo com os resultados obtidos, concluiu-se que: (i) o tratamento térmico dos fosfatos aluminosos do grupo da crandallita com temperaturas ao redor de 500 ºC aumenta sua solubilidade em solução de citrato neutro de amônio e promove modificações na estrutura cristalina dos minerais, (ii) a liberação de P desses minerais é bastante reduzida em solução aquosa com valores de pH entre 4 e 8, (iii) a dissolução dos fosfatos aluminosos do grupo da crandallita calcinados em condição de solo é maior quando o valor de pH está próximo à neutralidade, comparado ao levemente ácido e (iv) que a adição dessas fontes de P ao solo promoveu resposta significativa na produção de matéria seca, na quantidade de P acumulado pela parte aérea das plantas e no rendimento de grãos de plantas de arroz-de-sequeiro e inundado, contudo não tão eficiente quanto a fonte padrão de P. / Phosphorus (P) has been one of the most limiting factors for crop production in recent cultivated soils as well as in old cropped soils in which fertility is not maintained. Traditionally, the application of high solubility P sources has helped to raise soil fertility providing increase of crop yield. However, the manufacturing process of water-soluble P fertilizers requires the use of phosphate rocks with low quantity of metal impurities as iron and aluminum. This requirement has forced the fertilizer industry to discard great amounts of phosphate residue, in which the aluminous phosphates of the crandallite group can be found. Searching alternative P sources for crop production meets the context of rational use of existing mineral resources as well as move forward on the knowledge of agronomic conditions to maximize P uptake by plants. Therefore, samples of the mine residue from phosphate deposits of great relevance (Catalão-GO, Juquiá-SP e Tapira-MG) with aluminous phosphates of the crandallite group were collected and thermal treated, aiming to evaluate their ability to provide P to plants in soils under flooding condition and with pH around neutrality, to determine their relative agronomic effectiveness compared to a standard P source, and relate it with their chemical and mineralogical properties. The material collected was submitted to a thermal treatment under different temperatures to evaluate its effect on solubility and morphology. Treated material was (i) mixed to soil samples with different pH values to evaluate its dissolution, (ii) submitted to a hydrolysis test in aqueous solution with distinct pH values, and (iii) evaluated as a P source to upland rice and flooded rice. According to the obtained results, it was concluded that: (i) the thermal treatment of aluminous phosphates of the crandallite group with temperatures around 500 ºC increase its solubility in neutral ammonium citrate solution and cause alterations on the crystalline structure of minerals, (ii) P released from these mineral is very low in aqueous solution with pH ranging from 4 to 8, (iii) dissolution of aluminous phosphates of the crandallite group under soil conditions is higher when soil pH is around neutrality, compared to low acidity, and (iv) the addition of these P sources to soil significantly increased dry matter yield, P uptake by plants, and grain yield of upland rice and flooded rice, however not as much as for the standard P source.

Submitted by (ana.araujo@ufrpe.br) on 2017-02-22T14:47:09Z No. of bitstreams: 1 Wellington Ferreira do Nascimento.pdf: 1352737 bytes, checksum: c5530d45410a097eff05898b4612b59f (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-22T14:47:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Wellington Ferreira do Nascimento.pdf: 1352737 bytes, checksum: c5530d45410a097eff05898b4612b59f (MD5) Previous issue date: 2008-05-12 / Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / Rice is the primary food source in many developing countries in the world, primarily for those located in Asian. The Oryza genus has 24 species, but only two are cultivated: O. glaberrima Steud. in the West of Africa and O. sativa L. in all part of the world. Those species are naturally hydrophytes, however the evolutionary process they become adapted for many different ecosystems as lowland and upland. The breeding method used in the last decades increased the narrowing genetic base and the vulnerability of rice cultivation for plagues and diseases. However, it is necessary to use divergent genitors for development of new cultivars. In this context, the characterization of germplasm accesses from bank and collection could bring facilities in order to use them in breeding programs. The aim of this work was characterizer 146 accesses of upland rice Japanese by morphoagronomical traits in order to bring information that could bring facilities for chose genitors in rice breeding programs. In this case, the morphologic mark could give important information about genetic resource by simple, efficient and cheap way. There were studied 14 qualitative traits and 16 quantitative in a randomized blocks design experiment withthee replicates. For the 14 quantitative traits only two were not polymorphic and there was significative difference (P<0.05) for all 16 quantitative traits. The genetic variance was highest than environmental one and the heritability was higher than 80% for the evaluated characters. The genetic variation coefficient varied from 1.81 to 39.58 for different characteristics and b index was highest than 1 for all characters. The results showed that the rice access of UFRPE germplasm collection have great genetic variability and high potential for use in rice breeding programs. / O arroz é fonte primária de alimento em muitos países em desenvolvimento, principalmente naqueles situados no continente asiático. O gênero Oryza tem 24 espécies, mas apenas duas são cultivadas: a O. glaberrima Steud., cultivada no Oeste da África e da Ásia e O. sativa L., cultivada em todo mundo. Estas espécies são naturalmente hidrófilas,entretanto, o processo evolutivo tem levado sua adaptação às mais variadas condições ambientais, abrangendo desde ecossistemas de várzeas até ecossistemas de terras altas. Os métodos de melhoramento empregados nas últimas décadas têm ocasionado o estreitamento da base genética e conseqüente vulnerabilidade da cultura do arroz a pragas e doenças. Portanto, é necessário priorizar a utilização de parentais divergentes para o desenvolvimento de novas cultivares. Neste contexto, a caracterização de acessos disponíveis nos bancos e coleções de germoplasma pode viabilizar a melhor utilização dos mesmos em programas de melhoramento genético. Para tanto, a utilização de marcadores morfológicos disponibiliza informações à cerca dos recursos genéticos de maneira simples, eficiente e de baixo custo. Este trabalho teve por objetivo caracterizar 146 acessos japoneses de arroz de terras altas mantidos na Coleção de Germoplasma da Universidade Federal Rural de Pernambuco (UFRPE), com base em caracteres morfoagronômicos, visando disponibilizar informações necessárias que poderão facilitar à escolha de genitores nos programas de melhoramento genético do arroz. Foram estudados 14 caracteres qualitativos e 16 quantitativos em um experimento delineado em blocos casualizados com três repetições. Em relação aos 14 caracteres qualitativos avaliados, apenas dois não foram polimórficos e houve diferença significativa (P<0,05) entre os acessos para todos os 16 caracteres quantitativos. A variância genética foi superior a ambiental e os coeficientes de herdabilidade média foram altos, superior a 80% para as variáveis analisadas. O coeficiente de variação genética variou de 1,81 a 39,58 dependendo da característica e o índice b foi superior a um para todos os caracteres. Os resultados mostraram que os acessos de arroz mantidos na Coleção de Germoplasma da UFRPE apresentam alta variabilidade genética e grande potencialidade para serem utilizados como fonte de genes em programas de melhoramento genético.