Abstract Excess nutrients and soil erosion are the two most important non-point sources (NPS) of pollution originating from agriculture. A nutrient mass-balance budget model linked to a GIS was used to quantify excess nutrient applications at three spatial scales: farmers’ fields, small watersheds and river basins. While farm based budgets were useful for individual farm management, the results could not easily be scaled up to the watershed or regional basis due to the very large spatial uncertainties. Using farm census data for all agricultural land in the watershed proved to be more effective, because surplus nutrient applications could be related to stream water quality. Nutrient budgets at the macroscale were not related to water quality but were found to be useful for identifying areas of greatest concern for NPS. Sediment budgets were determined over four different spatial scales and relationships were found to be nonlinear with a reduction of about 30% in annual sediment load between plot scale observations and those measured at the watershed scale. Site variability, land-use activities and vegetation cover were found to be the key factors in determining annual rates of suspended sediment movement. Both of these case studies showed that in order to address NPS pollution a multiple scale approach is more effective than scaling up from small plots or fields to the watershed scale.

Key words agricultural nutrients; cumulative effects; nitrogen; nonpoint source pollution; nutrient budgets; scaling; sediment budgets; sediment yield; water quality; watersheds

Résumé Les excès d’engrais et l’érosion des sols, sont les deux plus importantes sources pollution étendue (NPS: nonpoint sources) émanant de l’agriculture. Une modélisation des densités d’engrais appliquées au GIS (Geographic Information System) a été utilisé pour quantifier les excès de l’utilisation d’engrais sur trois échelles: parcelles agricoles, petits et grands bassins hydrographiques. Alors que les équilibres d’engrais (surplus/manque) basés par ferme étaient utiles pour la gestion individuelle des fermes, les résultats ne pouvaient pas être agréger à l’échelle des bassins ou à une échelle plus grande à cause des importantes incertitudes spatiales. Le recensement des données propres aux terres se trouvant dans le même bassin, s’est avéré plus efficace, car le surplus d’utilisation d’engrais pouvait alors être lié à la qualité de l’eau des ruisseaux. Les équilibres d’engrais à une macro échelle n’ont pas été liés à la qualité de l’eau mais se sont avérés utiles pour identifier les secteurs ou la plus grande menace de pollution étendue. Les équilibres de sédiments ont été déterminés sur quatre échelles différentes, et les relations se sont avérées non linéaires avec une réduction de la charge annuelle de sédiments d’environ 30% entre les observations à l’échelle des parcelles et celles à l’échelle des bassins. La diversité des terrains, des cultures et de la végétation se sont révélés être le facteur clé dans la détermination des taux annuels du déplacement des sédiments en suspension. Chacun de ces deux cas d’études a montré qu’afin de relater une pollution étendue, une approche multi-échelle s’avère plus efficace que l’agrégation l’échelle des bassins des observations effectués à l'échelle des parcelles ou des champs.

Mots clefs pollution étendue; pollution diffusé; équilibres des sédiments; équilibres d’engrais; bassin hydrologique; déplacement des sédiments; échelles