! ! ! !! ! ! !! ! ! !! ! ! !! ! ! !! ! ! !! ! ! !

! ! ! !! ! ! !! ! ! !

! ! ! ! !! ! ! ! !! ! ! ! !

! ! ! ! !! ! ! ! !! ! ! ! !! ! ! ! !! ! ! ! !

! ! ! !! ! ! !! ! ! !

! !! !! !

! ! !! ! !

! ! ! ! !! ! ! ! !! ! ! ! !! ! ! ! !

! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !

! ! ! ! ! !! ! ! ! ! !! ! ! ! ! !! ! ! ! ! !

! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !

! !! !

! !! !! !! !! !

! ! !! ! !! ! !! ! !

! !! !! !! !! !

! ! !! ! !! ! !! ! !! ! !

0 0.5 10.25 km

! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !

! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! !

! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !

! !! !! !

! ! ! !! ! ! !! ! ! !! ! ! !! ! ! !! ! ! !! ! ! !! ! ! !! ! ! !

! ! ! !! ! ! !! ! ! !! ! ! !! ! ! !! ! ! !! ! ! !

! ! ! !! ! ! !! ! ! !! ! ! !! ! ! !! ! ! !! ! ! !! ! ! !! ! ! !

! ! ! ! !! ! ! ! !! ! ! ! !! ! ! ! !! ! ! ! !! ! ! ! !! ! ! ! !! ! ! ! !

0 0.5 10.25 km

c) Steppler sub-watershed

b) Madill sub-watersheda) South Tobacco Creek watershed

Annualcrop

Forage Grazing land or Pasture

Trees Water Others

Figure 1. Locations of the study sites and land uses on the sites: a) Shaded relief map of the South Tobacco Creek (STC) watershed showing locations of the two sub-watersheds and their land uses in 2002; b) Land use at the Madill sub-watershed in 2008; and c) Land use at the Steppler sub-watershed in 2008 and BMPs implemented at the Steppler sub-watershed since 2005 (codes for the BMPs are listed in Table 1).

0 2 41 km

³ Steppler sub-watershedSteppler sub-watershed

Madill sub-watershedMadill sub-watershed

Madill (control) sub-watershed Steppler (treatment) sub-watershed

Figure 2. Shares of P and N in different forms and in runoff events of different types for the entire study period (1999 – 2008) at the Madill and Steppler sub-watersheds.

Nitrogen shares

Phosphorous shares

a) TP export (Ln(g ha-1))

c) TP FWMC (Ln(mg L-1))

Madill (control) sub-watershed value (X)

Step

pler

(tre

atm

ent)

sub

-wat

ersh

ed v

alue

(Y)

b) TN export (Ln(g ha-1))

d) TN FWMC (Ln(mg L-1))

Pre-BMP (calibration) period data point Post-BMP (BMP implementation) period data point

Pre-BMP (calibration) period regression line Post-BMP (BMP implementation) period regression line

Figure 3. Simple regression analyses of TP and TN exports and flow-weighted mean concentrations (FWMCs) for all runoff events, showing the effects of BMP implementation without accounting for the effects of hydrologic covariates.

a) P input, all fields b) N input, all fields c) P input, annual cropped fields d) N input, annual cropped fields

e) P removal, all fields f) N removal, all fields g) P removal, annual cropped fields h) N removal, annual cropped fields

i) P budget, all fields j) N budget, all fields k) P budget, annual cropped fields l) N budget, annual cropped fields

Pre-BMP

Post-BMP

Post-BMP

Madill Steppler Madill StepplerMadill Steppler Madill Steppler

Kg h

a-1 y

r-1Kg

ha-1

yr-1

Kg h

a-1 y

r-1

+7NS -26†

+12NS +20NS

-4NS -45*

+0NS -5**

+2NS +1NS

-1NS -6**

+14NS -16NS

-2NS -14NS

+16NS -12NS

+4NS

-4*

+0NS -0NS

+3NS -4†

Figure 4. Gross N and P inputs, removals and budgets estimated for fields in the Madill and Steppler sub-watersheds. The column height indicates the average value for the period and the vertical bar indicates the full range of the data in the period. The Number above the column is the difference (+ for increase and - for decrease) in average values between the Pre-BMP and Post-BMP periods. Significance level of the difference is determined using a two-way t-test (NS, †, * and ** denote nonsignificant and significant at P ≤ 0.10, 0.05 and 0.01, respectively).

Pre-BMP

Pre-BMP

Post-BMP

Post-BMP

Pre-BMP

Pre-BMP

Post-BMP

Post-BMP

Pre-BMP

Pre-BMP

Post-BMP

Post-BMP

Pre-BMP