Samoorganiziranje riževih polj

V današnjem Znanstvenem britoffu se iz mrzle in meglene Ljubljane selimo na topli Bali. V reviji Physical Review Letters je mednarodna raziskovalna skupina objavila članek, v katerem z vidika statistične fizike opisujejo sistem namakalnih riževih polj, imenovan subak. Raziskovalce in raziskovalke je pritegnila njegova fraktalna oblika, ki ni značilna za človeška okolja.

Subak je več kot tisočletje star namakalni sistem terasastih riževih polj. Zgrajen je iz mreže predorov, kanalov ter jezov, pa tudi vasi in templjev. V celoti je na Baliju 1200 izvirov namakalnih vodà in na vsakem deluje med 50 in 400 poljedelcev in poljedelk.

Z opazovanjem satelitskih posnetkov je znanstvena skupina iskala vzorce v usklajenosti ciklov pridelave riža med sosednjimi nasadi. Opazili so, da so polja v štirih različnih stanjih: času rasti, žetve, poplave in suše. Poleg tega so posnetki pokazali, da so področja, ki so v istem stadiju cikla, različnih velikosti in oblik, kar daje subaku značilen fraktalni ali mozaični videz. V nadaljevanju študije so se tako vprašali, kako se tak kompleksen in ogromen sistem vzpostavi brez nekega celovitega načrtovanja in koordinacije.

V subaku obstajata dva nasprotujoča si dejavnika. Prvi dejavnik je omejenost količine vodà in naivno bi si lahko mislili, da se morajo zato sosednja polja namakati ob različnih časih. Vendar se po drugi strani pridelovalci riža srečujejo tudi s škodljivci, ki se lahko selijo na sosednja polja. Zato se morajo sosedi med seboj uskladiti in v enakih obdobjih poplaviti in izsušiti polja. Omejitvi imata nasprotni učinek: večja ko je površina polj z enakim urnikom, težje je potrebo vode zmanjšati le z zamikanjem ciklov sosednjih polj. Tako morajo biti urniki zalivanja vsakega polja v enem od dveh stanj glede na njegove sosede: povsem usklajeni ali neusklajeni.

Raziskovalke in raziskovalci so sestavili matematični model iz dveh členov. V prvem upoštevajo stanje posameznega polja in njegovih sosedov. V drugem členu nastopata globalna potreba po vodi in njena omejenost. V svoji raziskavi so parametre obeh dejavnikov spreminjali in opazovali fazne prehode ter pogoje, pri katerih sistem preide v ravnovesje. S takim teoretičnim pristopom so raziskovalci prikazali, v kakšne različne vzorce bi se subak lahko razvil, če bi se kmetje drugače odzvali na potrebe poplavljanja polj ali če bi škodljivci na drugačen način poselili polja.

Na koncu so znanstvenice in znanstveniki komentirali še usodo takega sistema, če ga silimo stran od naravnega ravnovesja. V 70. letih 20. stoletja so denimo na Baliju implementirali zeleno revolucijo agrikulture. Vsak kmet je moral z uporabo pesticidov riž pridelovati tako pogosto, kot je bilo mogoče. Na začetku je režim deloval in žetev se je povečala, vendar so po obdobju dveh let balijski pridelovalci in namakalni delavci poročali o katastrofalnem kaosu v vodnih urnikih in eksplozijah populacije škodljivcev.

Isingov model riža je opazovala Tina.

Povezava do raziskave: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.127.168301