Water is een beperkte hulpbron. Efficiënte manieren om de waterreserves gezamenlijk te beheren en te optimaliseren zijn daarom essentieel voor ons heden en de toekomst. Maar hoe komt een goed uitgebalanceerd systeem tot stand? Om de relevante parameters te onderscheiden, heeft een internationaal team van wetenschappers, waaronder Stefan Thurner van de Complexity Science Hub Vienna (CSH), een methode uit de natuurkunde toegepast op een systeem in evenwicht:de eeuwenoude rijstirrigatiepraktijken op Bali.

Volgens hun werk dat zojuist is gepubliceerd in Physical Review Letters , het huidige evenwicht is in de loop van de afgelopen duizend jaar zelfgeorganiseerd, misschien gedreven door tegenstrijdige plantschema's van boeren.

Tegenstrijdige beperkingen in evenwicht brengen

Door de eeuwen heen hadden Balinese rijstboeren te maken met twee beperkingen. Enerzijds is het water om de rijstvelden te irrigeren een beperkte hulpbron. "Intuïtief zou je denken dat een niet-gesynchroniseerde overstroming zou leiden tot een eerlijkere waterverdeling tussen boeren", legt CSH-voorzitter Thurner uit. Toch is er ook behoefte aan het bestrijden van rijstplagen, zoals insecten die zich gemakkelijk van veld naar veld kunnen verplaatsen. De boeren leerden uit ervaring dat ongediertebestrijding de gesynchroniseerde overstroming van naburige rijstvelden nodig heeft.

Deze twee beperkingen hebben tegengestelde effecten. "Hoe groter het landbouwgebied dat hetzelfde irrigatieschema volgt, hoe meer waterstress de gesynchroniseerde irrigatiecycli veroorzaken", luidt het onderzoek.

Om patronen te vinden in gesynchroniseerde en niet-gesynchroniseerde landbouwschema's, analyseerden de wetenschappers satellietbeelden van verschillende rijstteeltregio's op Bali van 2002 tot 2015. Ze classificeerden welke van de vier karakteristieke plantpatronen - groei, oogst, overstroming of afvoer - plaatsvond wanneer en waar . Nu ontwikkelden ze een manier om deze patronen te relateren aan de balans van stress in de Balinese landbouw.

Een formule voor een evenwicht

"We presenteren een formule die uitlegt hoe een balans tussen waterstress en plaagstress wordt gerealiseerd en hoe het systeem uiteindelijk een evenwicht bereikt", zegt Thurner. "Als de spanningen anders zouden worden beheerd, zouden de rijstteeltgebieden er heel anders uitzien dan we in werkelijkheid zien."

Volgens de complexiteitswetenschapper "is het een haarscherpe balans tussen verschillende toestanden en kan het kantelen op een kantelpunt of een faseovergangspunt, zoals de natuurkundigen het zouden noemen."

Hoe snel het schijnbaar eeuwige evenwicht uit de hand kan lopen, werd in de jaren zeventig duidelijk. De zogenaamde Groene Revolutie zorgde ervoor dat boeren pesticiden gebruikten en hun rijstvelden verbouwden zonder hun traditionele synchronisatiesysteem.

"In het begin namen de oogsten toe", zegt Yérali Gandica van de Cergy Paris University, de eerste auteur van het artikel. "Maar binnen een paar jaar meldden boeren chaos in waterschema's en een explosie van ongedierte." Toen te veel rijstvelden in hoger gelegen gebieden tegelijkertijd onder water kwamen te staan, ondervonden boeren met lagere terrassen waterstress. Disharmonie tussen buren groeide, de zorgvuldig onderhouden Balinese cultuur van sociale harmonie werd verstoord. Pas toen de traditionele methode werd hersteld, keerde het evenwicht (meestal) terug.

"Het lijkt misschien een erg theoretische benadering, maar het zou een praktische kant kunnen hebben in andere gekoppelde ecologische systemen tussen mens en milieu:men kan gemakkelijk waarneembare omgevingspatronen relateren aan stressbalans - en zo zwakke punten in hun beheer detecteren", besluit Thurner.