Vatten är en begränsad resurs. Som sådan är effektiva sätt att gemensamt hantera och optimera vattenreserver avgörande för vår nutid och framtid. Men hur kan ett välbalanserat system etableras? För att peka ut de relevanta parametrarna, tillämpade ett internationellt team av forskare, inklusive Stefan Thurner från Complexity Science Hub Vienna (CSH), en metod från fysik till ett system i jämvikt:de sekelgamla risbevattningsmetoderna på Bali.

Enligt deras arbete just publicerat i Physical Review Letters , den nuvarande jämvikten har självorganiserats under loppet av de senaste tusen åren, kanske driven av bönders – motstridiga – planteringsscheman.

Balansera motstridiga begränsningar

Under århundradena fick balinesiska risbönder hantera två begränsningar. Å ena sidan är vattnet för att bevattna risfälten en begränsad resurs. "Intuitivt skulle man kunna tro att en osynkroniserad översvämning skulle leda till en mer rättvis vattenfördelning mellan bönder", förklarar CSH-president Thurner. Ändå finns det också ett behov av att bekämpa risskadedjur som insekter som lätt kan flytta från åker till åker. Bönderna lärde sig av erfarenhet att skadedjursbekämpning behöver synkroniserad översvämning av närliggande risfält.

Dessa två begränsningar har motsatta effekter. "Ju större jordbruksareal som följer samma bevattningsschema, desto mer vattenstress uppstår från de synkroniserade bevattningscyklerna", står det i studien.

För att hitta mönster i synkroniserade och osynkroniserade jordbruksscheman analyserade forskarna satellitbilder av flera risodlingsregioner på Bali från 2002 till 2015. De klassificerade vilka av de fyra karakteristiska planteringsmönstren – tillväxt, skörd, översvämning eller dränering – som inträffade när och var . Nu utvecklade de ett sätt att relatera dessa mönster till balansen mellan påfrestningar i balinesiskt jordbruk.

En formel för en jämvikt

"Vi presenterar en formel som förklarar hur en balans mellan vattenstress och skadedjursstress realiseras och hur systemet så småningom når en jämvikt", säger Thurner. "Om påfrestningarna hanterades annorlunda skulle risodlingsregionerna se väldigt annorlunda ut än vad vi ser i verkligheten."

Enligt komplexitetsforskaren "är det en knivskarp balans mellan olika tillstånd och kan tippa vid en tipppunkt eller en fasövergångspunkt, som fysikerna skulle kalla det."

Hur snabbt den till synes eviga jämvikten kan komma ur kontroll blev uppenbart på 1970-talet. Den så kallade gröna revolutionen fick bönder att använda bekämpningsmedel och odla sina risfält utan deras traditionella synkroniseringssystem.

"Först ökade skördarna", säger Yérali Gandica från Cergy Paris University, tidningens första författare. "Men inom ett par år rapporterade bönder kaos i vattenscheman och en explosion av skadedjur." När alltför många risfält i högre regioner översvämmades samtidigt, upplevde bönder med lägre terrasser vattenstress. Disharmonin mellan grannar växte, den noggrant underhållna balinesiska kulturen av social harmoni stördes. Det var först när den traditionella metoden återinfördes som jämvikten (för det mesta) återvände.

"Det kan tyckas vara ett väldigt teoretiskt tillvägagångssätt, men det kan ha en praktisk sida i andra kopplade ekologiska system mellan människa och miljö:Man kan relatera lätt observerbara miljömönster till stressbalans - och därmed upptäcka svaga punkter i deras hantering", avslutar Thurner.