Effects of land uses and climate variability on the water quality of Mediterranean rivers: towards a regional vision of global change

Abstract

This work investigated the effect of global change phenomena, particularly land use and climatic changes, on water quality patterns in Mediterranean rivers. A hybrid process-based and statistical model (SPARROW) was applied to a largely disturbed Mediterranean basin (NE Spain) to estimate annual nitrate 2/2 and phosphate loads. The model emphasized the contribution of in-stream processes in nutrient retention and the inter-annual effects of hydrological variability on nutrient export. Dynamic Factor Analysis (DFA) was used to detect common patterns at the basin scale. The application of complementary methods allowed the detection of signatures of environmental change on water quality patterns in three Mediterranean basins. The spatio-temporal variability of nitrate concentration made a clear distinction among sites that had a relationship with hydrology and sites where other processes (e.g. phenology-related) prevailed. Conversely, the variability of phosphate concentration was more complex and some sites were underrepresented by the extracted common patterns.

Este trabajo buscó investigar el efecto del cambio global, particularmente los cambios de usos de suelo y climáticos, en los patrones de cualidad del agua en ríos mediterráneos. Un modelo estadístico-mecanicista fue aplicado a una cuenca Mediterránea para estimar cargas anuales de nitrato y fosfato. El modelo hizo énfasis en la contribución de los procesos de río en la retención de nutrientes y en los efectos de la variabilidad hidrológica en la exportación de nutrientes. El análisis factorial dinámico y métodos complementarios permitieron la detección y atribución de cambios ambientales en patrones de calidad del agua en tres cuencas mediterráneas. La variabilidad espacio-temporal de la concentración de nitratos hizo una clara distinción entre sitios que tenían una relación con la hidrología y sitios donde procesos fenológicos prevalecieron. Por el contrario, la variabilidad de la concentración de fosfato fue más compleja y algunos sitios fueron insuficientemente representados por los patrones extraídos.