Abstract This article describes the methodology used to train and test a Deep Neural Network (DNN) with Photoplethysmography (PPG) data performing a regression task to estimate the Respiratory Rate (RR). The DNN architecture is based on a model used to infer the heart rate (HR) from noisy PPG signals, which is optimized to the RR problem using genetic optimization. Two open-access datasets were used in the tests, the BIDMC and the CapnoBase. With the CapnoBase dataset, the DNN achieved a median error of 1.16 breaths/min, which is comparable with analytical methods in the literature, in which the best error found is 1.1 breaths/min (excluding the 8 % noisiest data). The BIDMC dataset seems to be more challenging, as the minimum median error of the literature’s methods is 2.3 breaths/min (excluding 6 % of the noisiest data), and the DNN based approach achieved a median error of 1.52 breaths/min with the whole dataset.

Resumen Este trabajo presenta una metodología para entrenar y probar una red neuronal profunda (Deep Neural Network – DNN) con datos de fotopletismografías (Photoplethysmography – PPG), con la finalidad de llevar a cabo una tarea de regresión para estimar la frecuencia respiratoria (Respiratory Rate – RR). La arquitectura de la DNN está basada en un modelo utilizado para inferir la frecuencia cardíaca (FC) a partir de señales PPG ruidosas. Dicho modelo se ha optimizado a través de algoritmos genéticos. En las pruebas realizadas se usaron BIDMC y CapnoBase, dos conjuntos de datos de acceso abierto. Con CapnoBase, la DNN logró un error de la mediana de 1,16 respiraciones/min, que es comparable con los métodos analíticos reportados en la literatura, donde el mejor error es 1,1 respiraciones/min (excluyendo el 8 % de datos más ruidosos). Por otro lado, el conjunto de datos BIDMC aparenta ser más desafiante, ya que el error mínimo de la mediana de los métodos reportados en la literatura es de 2,3 respiraciones/min (excluyendo el 6 % de datos más ruidosos). Para este conjunto de datos la DNN logra un error de mediana de 1,52 respiraciones / min

A irrigação com águas residuárias tratadas (ART) é uma técnica utilizada na agricultura para reduzir as necessidades hídricas e o impacto da carga de nutrientes nos mananciais, porém vários efeitos negativos já foram registrados nas propriedades químicas (salinização, sodificação, etc.) e físicas do solo (alteração na porosidade e condutividade hidráulica do solo, etc.). Este estudo teve como objetivo definir, por meio de uma análise multivariada, inter-relações entre essas mudanças em um Latossolo onde foram cultivados durante dois anos milho (Zea mays L.) e girassol (Helianthus annuus L.), irrigando com ART. Foram analisados: teores de Ca2+; Mg2+; Na+; K+ e H + Al, capacidade de troca catiônica (CTC), soma das bases (SB), saturação por bases (V), textura (areia, silte e argila), macro-, micro- e criptoporosidade (V MA, V MI e V CRI), umidades na saturação (θS) e na capacidade de campo (θCC), umidade residual (θR), densidade aparente do solo (d s), argila dispersa em água (ADA) e condutividade hidráulica em meio saturado (K SAT). A análise revelou os seguintes seis fatores principais. Porosidade fina (composto por Na+; K+; WDC, θR, θCC e V CRI), Porosidade larga (θS, d s, V MA, Vs), CTC do solo (Ca2+; Mg2+; CCC, SB, V), Acidez do solo (H + Al) e Textura do solo (fatores 5 e 6). Uma estrutura de porosidade dupla apareceu claramente nos fatores 1 e 2, mostrando relações nítidas entre Porosidade fina e os cátions monovalentes Na+ e K+. O efeito da irrigação (utilizando água encanada sódica potável ou ART) foi somente significativo para os fatores Porosidade fina e Porosidade Larga, enquanto os fatores 3 e 4 (CTC do solo e acidez do solo) foram correlacionados com a profundidade do solo. A conclusão principal é a mudança da distribuição dos poros do solo durante a irrigação com ART (poros grossos para poros finos), o que leva ao aumento do armazenamento da água no solo e à redução da drenagem dos sais.

Irrigation with treated domestic sewage wastewater (TSE) is an agricultural practice to reduce water requirements of agroecossystems and the nutrient load impact on freshwaters, but adverse effects on soil chemical (salinization, sodification, etc.) and soil physical properties (alteration in soil porosity and hydraulic conductivity, etc.) have been reported. This study aimed to define some relationships among these changes in an Oxisol using multivariate analysis. Corn (Zea mays L.) and sunflower (Helianthus annuus L.) were grown for two years, irrigated with TSE. The following soil properties were determined: Ca2+; Mg2+; Na+; K+ and H + Al contents, cationic exchangeable capacity (CEC), sum of bases (SB), base saturation (V), texture (sand, silt and clay), macro-, micro-, and cryptoporosity (V MA, V MI and V CRI), water content at soil saturation (θS) and at field capacity (θFC), residual water content (θR), soil bulk density (d s), water dispersed clay (WDC) and saturated hydraulic conductivity (K SAT). Factor analysis revealed the following six principal factors: Fine Porosity (composed of Na+; K+; WDC, θR, θRFC, and V CRI); Large Porosity (θS, d s, V MA, Vs); Soil CEC (Ca2+; Mg2+; CEC, SB, V); Soil Acidity (H + Al); and Soil Texture (factors 5 and 6). A dual pore structure appears clearly to the factors 1 and 2, with an apparent relationship between fine porosity and the monovalent cations Na+ and K+. The irrigation (with potable sodic tap water or sewage wastewater) only had a significant effect on Fine Porosity and Large Porosity factors, while factors 3 and 4 (Soil CEC and Soil Acidity) were correlated with soil depth. The main conclusion was a shift in pore distribution (large to fine pores) during irrigation with TSE, which induces an increase of water storage and reduces the capacity of drainage of salts.

A porosidade do solo, principalmente a distribuição dos poros, é um fator importante que controla a infiltração de água, condutividade hidráulica e retenção da água no solo. Este estudo teve como objetivo verificar os efeitos do efluente de estação de tratamento de esgoto (TSE) na porosidade de um Latossolo de textura média. A área experimental foi dividida em três parcelas: solo cultivado com milho e girassol e irrigado com TSE (STW); solo cultivado e irrigado com água subterrânea sódica (W); e solo não cultivado e não irrigado (C-controle). No final de dois anos de experimento, amostras não deformadas de solo foram coletadas de 0 a 2,0 m (oito amostras). As curvas de retenção de água no solo foram obtidas com mesas de tensão e câmara de Richards, e a distribuição de poros no solo foi calculada a partir da derivação dessas curvas. Foi observado decréscimo da microporosidade V MI (poros com diâmetro entre 0,2 e 50 μm) no solo irrigado com TSE e água tratada. Por outro lado, observou-se aumento significativo da criptoporosidade V CRI (< 0,2 μm). A presença de Na+ nos dois tipos de água confirmou o papel desse íon na distribuição dos poros e na umidade do solo (maior retenção de água no solo).

Soil porosity, especially pore size distribution, is an important controlling factor for soil infiltration, hydraulic conductivity, and water retention. This study aimed to verify the effect of secondary-treated domestic wastewater (STW) on the porosity of a sandy loam Oxisol in the city of Lins, state of São Paulo, Brazil. The two-year experiment was divided into three plots: soil cultivated with corn and sunflower and irrigated with STW, soil cultivated and irrigated with sodic groundwater, and non-irrigated and non-cultivated soil (control). At the end of the experiment, undisturbed core samples were sampled from 0 to 2.0 m (8 depths). The water retention curves were obtained by tension plates and Richard's pressure plate apparatus, and the pore size distribution inferred from the retention curves. It was found that irrigation with treated wastewater and treated groundwater led to a decrease in microporosity (V MI), defined as the pore class ranging from 0.2 to 50 μm diameter. On the other hand, a significant increase in cryptoporosity (V CRI) (< 0.2 μm) was identified throughout the soil profile. The presence of Na+ in both waters confirmed the role of this ion on pore size distribution and soil moisture (higher water retention).

Estudos sobre a poluição por Hidrocarbonetos Policíclicos Aromáticos (HPAs) são escassos em solos tropicais e no Brasil. Um estudo foi realizado para examinar a composição, as concentrações e fontes de HPAs encontrados em Latossolos vermelho-amarelo (Oxissolos), remanescentes de Mata Atlântica no Estado de São Paulo. As áreas de estudos localizaram-se em um sítio urbano (PEFI) e um natural (CUNHA). A composição granulométrica, pH, teor de matéria orgânica e composição mineralógica foram determinados em amostras de solo superficial. A soma dos HPAs analisados (ΣHPAs) foi 4,5 vezes mais elevada na área urbana do que na área natural. Acenaftileno, acenafteno, fluoreno, fenantreno e fluoranteno foram detectados, em concentrações similares, nos solos das duas áreas. Acenafteno e fluoreno foram os compostos mais abundantes. O pireno foi duas vezes mais abundante no solo da área natural (15 µg.kg-1), e o fluoranteno foi o composto dominante (203 µg.kg-1) na área urbana (6,8 vezes mais elevado que na área natural). Alguns compostos de alto peso molecular, traçadores de emissões veiculares, foram detectados em quantidades significativas no solo da área urbana. O pireno representou 79% da ΣHPAs, enquanto que não foi detectado na área natural. Estes resultados evidenciaram que os solos de floresta em áreas urbanas são caracterizados pela acumulação de HPAs pesados oriundos de emissões industriais e veiculares.

Studies about pollution by Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs) in tropical soils and Brazil are scarce. A study was performed to examine the PAHs composition, concentrations and sources in red-yellow Oxisols of remnant Atlantic Forest of the São Paulo State. Sampling areas were located in an urban site (PEFI) and in a natural one (CUNHA).The granulometric composition, pH, organic matter content and mineralogical composition were determined in samples of superficial soils. The sum of PAHs (ΣHPAs) was 4.5 times higher in the urban area than in the natural one. Acenaphthylene, acenaphthene, fluorene, phenanthrene and fluoranthene have been detected in the soils of both areas and presented similar concentrations. Acenaphthene and fluorene were the most abundant compounds. Pyrene was twice more abundant in the soils of natural area (15 µg.kg-1) than of the urban area and fluoranthene was the dominant compound (203 µg.kg-1) in urban area (6.8 times higher than in the natural area). Some compounds of higher molecular weight, which are tracers of vehicular emissions showed significant concentrations in urban soils. Pyrene represented 79% of ΣPAHs whereas it has not been detected in natural soils. The results showed that forest soils in urban area are characterized by the accumulation of high molecular weight compounds of industrial and vehicular origin.

Resumo Pelo método de campo do perfil instantâneo, somente se conseguem fazer medidas de condutividade numa faixa de umidade relativamente elevada, entre a condição de saturação e a capacidade de campo, pois o processo muito lento de redistribuição, em níveis inferiores de umidade, é dificilmente detectado. Em solos sódicos, a infiltração e a drenagem interna podem ser prejudicadas pelo sódio, dificultando a aplicação do método de campo. Experimentos baseados na evaporação podem ser realizados para se obter valores de condutividade hidráulica em níveis menores de umidade, eliminando também o problema da infiltração. Sendo assim, o objetivo deste trabalho foi avaliar o sistema de determinação de condutividade hidráulica não saturada, em laboratório Wind, comparando-o ao método do perfil instantâneo em campo, num solo irrigado com água residuária rica em sódio. Os resultados demonstraram que o método de determinação de K(() em laboratório, através do sistema Wind, baseado na evaporação do solo, além de ser mais robusto e preciso, mostrou-se mais adaptado a solos irrigados com águas sódicas do que o método do perfil instantâneo baseado na drenagem.

Abstract The determination of hydraulic conductivity by instant profile method provides conductivity values only for a high water contents range, between saturation and field capacity conditions, because the very slow process of water redistribution in lower water content usually can not be detected. In sodic soils, sodium can reduce infiltration and free percolation, and complicate the use of this field method. Experiments based on evaporation can be performed to obtain hydraulic conductivity values in lower water content, avoiding the problem of infiltration. The objective of this study was to evaluate the Wind laboratory system for determination of hydraulic conductivity, in comparison with the field instant profile method, in soils irrigated by sodium-rich wastewater. The results show that the determination of K(() by Wind system based on evaporation was more consistent and more accurate, and more adapted for soils irrigated with sodic water than field method based on percolation.