KALORET

Characterising the links between the water cycle and the N-P-K cycles in a warmed up world. Lessons from two climate change hotspots

Creaf leader

El nitrogen (N), el fòsfor (P) i el potassi (K) són elements clau per al creixement de les plantes i, com a tals, tenen un paper fonamental en la producció agrícola mundial. El seu extens ús en fertilitzants comercials, però, ha provocat greus problemes mediambientals, incloent-hi l'acidificació dels sòls, l'emissió de gasos d'efecte hivernacle, altes concentracions de nitrats a aqüífers, i l'eutrofització de les costes. Pel que fa al K, a més, estem lluny de comprendre quins fluxos hi ha entre els sistemes terrestres i aquàtics i quin paper tenen les activitats humanes en aquests fluxos. No obstant això, el K regula l'eficiència en l'ús de l'aigua de les plantes, per la qual cosa, a la llum dels escenaris futurs d'escassetat d'aigua, és crucial comprendre quins són els fluxos d'entrada i sortida de K als diversos compartiments terrestres. Els recursos hídrics mundials, al seu torn, s'han transformat profundament en el darrer segle, i en quina mesura la intensa gestió de l'aigua i els canvis en els cicles hidrològics afecten la transferència de nutrients de la terra al mar segueix sent una qüestió sense resoldre.

En aquest context, l'objectiu general de KALORET és la caracterització precisa dels fluxos d'entrada i sortida de nitrogen, fòsfor i molt especialment potassi (d'ara endavant, N-P-K) utilitzant les conques fluvials com a unitats funcionals. Estudiarem els fluxos de N-P-K en conques boreals, temperades i semiàrides, i avaluarem les diferències en el gradient latitudinal. Amb KALORET proporcionaré per primera vegada una descripció completa dels fluxos de K de terra a mar, que estan molt poc estudiats però que poden ser crítics en sistemes agrícoles amb estrès hídric, i quantificaré els fluxos de N-P-K a rius mediterranis i boreals, dues regions d'enorme importància als escenaris d'escalfament global i amb un paper clau per al cicle global del carboni i pel que fa a canvis hidrològics. Els resultats de KALORET serviran per adreçar el repte de com aconseguir un ús més sostenible de l'aigua i dels recursos N-P-K, quantificant els estocs i fluxos als sistemes agrícoles i urbans i minimitzant els excedents perjudicials en aigües dolces i marines.

Proyecto PID2021-128778OA-I00 financiado por MCIN/ AEI /10.13039/501100011033

Nitrogen (N), phosphorus (P) and potassium (K) are key elements for plant growth, and as such, they play a central role in the world's agricultural production. Their extensive use in commercial fertilisers, however, has led to serious environmental concerns, including the acidification of soils, the emission of greenhouse gases, high nitrate concentrations in aquifers and coastal eutrophication. Concerning K, we are far from understanding what fluxes exist between land and aquatic systems and the role played by human activities in these fluxes. K regulates plant water-use efficiency, so in light of future scenarios of water scarcity, disentangling K inputs and outputs is crucial. In addition, global water resources have been deeply transformed in the past century, and how changes in the hydrological cycle affect the transfer of nutrients from land to the sea remains poorly understood.

Within this context, the overarching goal of KALORET is the accurate characterization of the input and output fluxes of nitrogen, phosphorus and especially potassium (hereafter, N-P-K) using river basins as comprehensive regional functional units. We will study N-P-K fluxes in boreal, temperate and semiarid basins, and evaluate the differences in the latitudinal gradient. With KALORET I will provide for the first time a complete description of land-to-sea K fluxes, which are very little studied but can be critical in water-stressed agricultural systems, and I will quantify N-P-K fluxes in Mediterranean and boreal rivers, two regions of enormous importance in global warming scenarios and with a key role for the global carbon cycle and with regard to hydrological changes. The results of KALORET will serve to address the challenge of how to achieve a more sustainable use of water and N-P-K resources, quantifying stocks and transfers in agricultural and urban systems and minimising harmful surpluses in freshwaters and marine waters.

Proyecto PID2021-128778OA-I00 financiado por MCIN/ AEI /10.13039/501100011033