Tidlig oppdagelse av nye fremmede arter i Norge - Uttesting og videreutvikling av overvåkingssystem for fremmede terrestriske karplanter og insekter.

Abstract

Jacobsen, R.M., Endrestøl, A., Magnussen, K., Fossøy, F., Brandsegg, H., Davey, M., Hand-berg, Ø.N., Hanssen, O., Majaneva, M.A.M., Navrud, S., Often, A., Sandercock, B.K., Åström, J. 2020. Tidlig oppdagelse av nye fremmede arter i Norge - Uttesting og videreutvikling av overvåkingssystem for fremmede terrestriske karplanter og insekter. NINA Rapport 1729. Norsk institutt for naturforskning. Arter som spres utenfor deres naturlige utbredelsesområde med menneskelig hjelp, enten tilsiktet eller utilsiktet, anses som fremmede arter der de innføres. Utilsiktet spredning av arter i forbindelse med transport av mennesker og varer har økt i takt med økende globalisering. Et fåtall av de fremmede artene fører til skadelige og negative effekter på lokalt biologisk mangfold, økosystemtjenester, jordbruk og/eller menneskelig velferd og disse benevnes ofte som invaderende arter. Det er beregnet at invaderende arter fører til mange hundre milliarder i samfunnsøkonomiske kostnader (kr) på global skala årlig. Ideelt sett skulle all introduksjon av skadelige, fremmede arter blitt unngått da dette ville gitt de laveste kostnadene, men i praksis er dette sjelden gjennomførbart. Det nest beste alternativet er å oppdage nye fremmede arter tidlig, for å kunne respondere med tiltak for bekjempelse eller kontroll i de tilfellene der det er nødvendig. Dette konseptet kalles «tidlig oppdagelse og rask respons». For å oppnå «tidlig oppdagelse og rask respons» i forhold til nye fremmede arter, trengs et tilpasset overvåkingssystem, en protokoll for risikovurdering, et varslingssystem og en protokoll for passende respons. Prosjektet «Tidlig oppdagelse og varsling av landlevende fremmede arter i Norge» har hatt som målsetting å utforme et overvåkingssystem for tidlig oppdagelse og varsling av nye fremmede arter av terrestriske karplanter, insekter og edderkoppdyr i tidlig etableringsfase i norsk natur. Prosjektet startet i 2018 og ble videreført i 2019 hvor vi har fokusert på uttesting av visse aspekter ved designet fra 2018. Feltmetodikken for 2019 er basert på erfaringene og anbefalingene fra et pilotprosjekt gjennomført i 2018. Kartleggingsmetodikken fra 2018 ble i 2019 testet ut i ytterligere 20 ruter (250 x 250 m) i Sørøst-Norge, baserte på SSB sitt rutenett. Rutene ble valgt ut enten automatisk ved vekting fra en «hotspot»-analyse av forekomst av fremmede arter (10 ruter) eller manuelt ved subjektive vurderinger (10 ruter). For karplantekartleggingen ble grundig metodikk valgt basert på «random walk» og en øvre grense for tidsbruk i ruta til fem timer. Endret og ny metodikk i 2019 medførte oppdaterte kostnadsanslag for de ulike behandlingene. Kartlegging av insekter ble gjort med malaisefeller (jf. enkel metodikk), men for fem ruter testet vi også i tillegg innsamling med G-vac (grundig metodikk) og fallfeller (omfattende metodikk). Alle insektprøver foruten fallfeller ble samlet på etanol. Etanolen ble filtrert og gjennomgikk DNA-ekstraksjon. Materialet ble så analysert med metastrekkoding, samt morfologisk artsbestemmelse av sommerfugler og biller for 10 prø-ver. 70 av prøvene ble siden re-analysert basert på en ikke-destruktiv lyseringsmetode. Det ble funnet totalt 158 risikovurderte fremmede plantearter i de 20 rutene i 2019. Dette er det samme antallet per rute som ble funnet i 2018 (120 fremmede plantearter fra 15 ruter). Fra de 20 malaisefellene, ble det med metastrekkoding av filtrert etanol (80 prøver) definert 1738 taksa, mens det for lyseringsmetoden (70 prøver) ble 2558 taksa identifisert. Totalt for begge år ble det påvist 3419 taksa, hvorav 15 var risikovurderte fremmedarter (13 i 2018, 10 i 2019, 8 felles). Fra den samlede artslisten for begge år og all metodikk fant vi 66 potensielt nye arter for Norge. Disse kan både være oversette stedegne arter, eller nye fremmede arter i Norge. Vi modellerte sannsynligheten for tilstedeværelse og oppdagbarhet ved hjelp av repeterte kartlegginger (karplanter) og flere tømminger (insekter). De to modellene med størst støtte hadde variasjon av utbredelse og oppdagbarhet av fremmede karplanter som varierte med både år og risikokategori. Den endrede kartleggingsmetodikken (grundig) medførte en sannsynlighet for påvisning av fremmede karplanter som var høyere i 2019 enn for 2018 for alle fem risikokategorier. Oppdagbarheten økte gjennomsnittlig med 0.12 (0.08–0.29) i 2019 i forhold til i 2018 for de tre høyeste risikokategoriene (PH-SE). De fremmede insektene (samt de potensielt nye) hadde variasjon i utbredelse og oppdagbarhet som varierte med risikokategori, mens den modellen med nest størst støtte, også inkluderte andel bebyggelse. Insekter og karplanter ble analysert per risikokategori, det vil si at vi ikke skiller ut artsspesifikke sannsynligheter for forekomst og oppdagelse. Disse hadde gjennomgående både høyere forekomstsannsynlighet og oppdagelsesannsynlighet, slik at det totalt sett er mer vanlig å observere fremmede karplanter enn insekter. Kun for gruppen «NK» ser det ut til at man trenger å besøke opp mot 150 ruter, mens for de andre kategoriene oppnår man en høy observasjonssannsynlighet ved 50 eller færre ruter. For de fleste kategoriene av insekter ser det ut til at vi får en høy observasjonssannsynlighet ved mellom 50 og 100 ruter. Dette er for de artene vi har påvist, men det vil altså kunne finnes mange flere sjeldne arter som vi ikke har klart å fange opp. Konklusjonen er dermed at vi har liten evne til å oppdage arter som er etablert på i størrelsesorden 500 eller færre ruter. Med beste anslag basert på resultater i dette prosjektet, kan vi estimere at med et budsjett på 1,5 millioner kr i året (kostnader tilsvarende 18 millioner kr i samfunnsøkonomisk nåverdi) oppdages i underkant av 1 art (0,9) i løpet av en seksårsperiode og ca. 7 arter i løpet av en analyseperiode på 40 år. Tilsvarende tall for mellom-alternativene er ca. 1,5 arter i løpet av seks år og 10 arter i analyseperioden, og for det høyeste kostnadsnivået er det anslått at 2,6 arter oppdages i en seksårsperiode og 18 arter i analyseperioden. Vi kan da tenke oss at vi sparer tiltakskostnader for det samme antall arter som oppdages i løpet av analyseperioden. Det vil si at samfunnet kan spare anslagsvis 10–500 millioner kr per art for henholdsvis 7, 10 og 18 arter. Dette tilsier at alle overvåkingsnivåene er samfunnsøkonomisk lønnsomme med god margin. Det er dermed mye som tyder på at det vil være samfunnsøkonomisk lønnsomt å innføre et tidlig varslingssystem, gitt at man behandler informasjonen man får fra systemet og utnytter denne til å sette inn tiltak tidligere enn man ellers ville gjort. Gitt de store kostnadene forbundet med mange fremmede arter, kan man argumentere for at det beste programmet blant de mest kostnadskrevende bør anbefales for å gi økonomiske besparelser på sikt. For å få full effekt av et slikt program, må man imidlertid være sikker på at tidlig oppdagelse og varsling også medfører at det gjennomføres tiltak «tidlig», og dermed forhindrer etablering og videre spredning av de fremmede skadelige artene, slik at samfunnet faktisk oppnår den samfunnsøkonomiske nytten som tiltaket kan gi. På grunn av den store usikkerheten i 1) tallmaterialet for forekomst av antall arter på de lokalitetene som overvåkes, 2) sannsynligheten for å oppdage en ny, fremmed art gitt at den finnes på lokaliteten, 3) sannsynligheten for at det faktisk settes inn tiltak og 4) kostnader ved bekjempelsestiltak, er det vanskelig å si klart at ett ambisjonsnivå for overvåking er klart mer samfunnsøkonomisk lønnsomt enn et annet. Det vi kan si, er at innen samme kostnadsnivå gir grundig metodikk på relativt mange lokaliteter i områder nær de største byene høyest sannsynlighet for å oppdage fremmede arter, og dermed potensielt størst samfunnsøkonomisk nytte. Kostnadseffektiviteten, målt som estimert oppdagede fremmede arter per overvåkingskrone, er ganske lik ved de ulike ambisjonsnivåene. Vi kan derfor heller ikke ut fra kostnadseffektivitets-beregninger anbefale et ambisjonsnivå fremfor et annet. Vi anbefaler en videreutvikling av overvåkingsprosjektet for tidlig oppdagelse av nye fremmede arter i Norge, jf. de anbefalinger og erfaringer som er gitt i tidligere rapport og denne, inklusive en videreutvikling av prediksjonsmodellen for utvelgelse av ruter og videreutvikling av DNA-metastrekkoding som metode for artsidentifisering.

Jacobsen, R.M., Endrestøl, A., Magnussen, K., Fossøy, F., Brandsegg, H., Davey, M., Handberg, Ø.N., Hanssen, O., Majaneva, M.A.M., Navrud, S., Often, A., Sandercock, B.K., Åström, J. 2020. Early detection and warning of new alien species in Norway – Testing and developing surveillance of alien terrestrial vascular plants and insects. NINA Report 1729. Norwegian Institute for Nature Research. Undesirable species that spread outside their natural range due to either intentional or unintentional human activity, are considered alien species in their introduced range. Unintentional proliferation of alien species has increased as a response to increased globalization. Some of these alien species can become established and cause major negative effects (invasive) on local biodiversity, ecosystem services, agriculture, and human welfare, and several billions US$ in socio-economic costs per year at a global scale. Prevention of the introduction of invasive alien species via quarantines or other measures may have the lowest economic cost, however, such measures are rarely feasible. The best alternative may be “early detection and rapid response” (EDRR) programs that are aimed to detect new alien species early for targeting management actions for eradication or control as needed. An EDRR program for new alien species requires four core elements: an appropriate monitoring system, a risk assessment protocol, a warning system, and an appropriate set of response protocols. Our project «Early detection and warning of terrestrial alien species in Norway» aims to design a surveillance system for early detection and warning of new alien species of terrestrial vascular plants, insects, and spiders at an early phase of establishment in natural areas of Norway. Our 2-year project was conducted in 2018-2019 with an initial sampling design in 2018 that was modified and improved in 2019. The field methodology for 2019 was based on our experience and recommendations from the pilot project in 2018. The basic survey methodology from 2018 was expanded in 2019 with addition of 20 new study routes based on Statistics Norway's grid network (250x250 m). New routes were selected either automatically by weighting from a hotspot analysis of occurrence of alien species (10 routes) or by subjective assessments by experts (10 routes). For initial surveys of vascular plants, observers searched the routes using a random walk with an upper limit for time spent in the five-hour route (thorough methodology). The modified search procedures resulted in updated cost estimates for our survey options. Mapping of insects was done with malaise traps (cf. simple methodology), but for five routes we also tested collection with G-vac (thorough methodology) and pitfall traps (extensive methodology). All insect samples except pitfall traps were collected into ethanol as a storage media. The ethanol was filtered, and DNA extractions were conducted on the ethanol fluid. All DNA materials were analyzed with meta-barcoding, and a subset of 10 samples were also processed for morphological identification of butterflies and beetles. 70 samples were later re-analyzed based on a non-destructive lysis method. A total of 158 species of alien plants with risk assessments were found in the 20 routes in 2019, which the same amount found per routes in 2018 (120 alien plant species 15 routes). In 2019, 80 Malaise traps samples (four rounds, 20 routes) were identified to a total of 1738 taxa with metabar-coding of ethanol. Re-analysing 70 of the samples with lysis yield 2558 taxa. A total of 3419 taxis were detected across both years, of which 15 were risk-assessed foreign species (13 in 2018, 10 in 2019, 8 found in both years). In addition, we recorded a total of 66 species that were potentially new to Norway in our 2-year project (all methods), which may be either non-discovered native species or new alien species in Norway. We modeled the probability of occupancy and detection with occupancy models with repeated visits by different skilled observers (vascular plants) or multiple rounds of sampling (invertebrates). For vascular plants, the two candidate models with the greatest support modeled occupancy and detection with differences among years and category of risk. Our improved survey methods based on thorough searches in 2019 resulted in a higher probabilities of detection for alien vascular plants for all five risk categories. The probability of detection increased on average by 0.12 (0.08–0.29) in 2019 compared to 2018 for the three highest risk categories (PH-SE). The assemblage of alien and newly detected species of insects had variation in the probabilities of occupancy and detection that also varied by risk category, while the model with the second largest support also included differences in housing. Insects and vascular plants were analyzed by risk category, and we did not try to estimate species-specific probabilities of occurrence and detection. Some of the groups of relatively high risk (SE or HI) were established species that had both higher occurrence probability and detection probability. Comparing the two groups of organisms, it was more common to observe alien vascular plants than insects. Only for the group «NK» does it appear that one has to visit up to 150 sites, while for the other categories of risk, a relatively high probability of observation can be obtained by visits to ≤50 sites. For most categories of insects, it seems that we have a high probability of observation by visiting between 50 and 100 sites. Our calculations were based upon species that we were able to detected, but there may be many more rare species that we have not been able to sample. Our preliminary conclusion is that we would likely have difficulty with detection of alien species that have be-come established on 500 or fewer routes. With the best estimate based on the results in this project, we can estimate that with a budget of NOK 1.5 million per year (costs equivalent to NOK 18 million in socio-economic present value) just under 1 species (0.9) is discovered during a six-year period and approx. 7 species during an analysis-period of 40 years. Corresponding figures for the middle alternatives are approx. 1.5 species during six years and 10 species during the analysis-period. For the highest cost level, it is estimated that 2.6 species are detected in a six-year period and 18 species during the analysis- period. We can then imagine that we will save costs for the same number of species detected during the analysis period. This means that society can save an estimated NOK 10-500 million per species for 7, 10 and 18 species respectively. This means that all the monitoring levels are socially economically profitable by a good margin. Thus, there is much to indicate that it will be socially economically profitable to introduce an early warning system, given that one process the information from the system and utilize it to implement measures earlier than one would otherwise have done. Given the large costs associated with many alien species, it can be tempting to argue that the best program among the most costly should be recommended as it can potentially save a lot. However, in order to get the full effect of such a program, it must be ensured that early detection and warning also results in measures implemented «early», so that society actually achieves the socio-economic benefits that the measure can provide. Due to the large uncertainty in the number of occurrences of the number of species occurring at the sites being monitored, the likelihood of discovering a new, foreign species given that it exists at the site, the likelihood of actual measures being taken and the cost of control measures, it is difficult to say that one level of ambition for monitoring is clearly more socially economically profitable than another. What we can say is that within the same cost level, thorough methodology at relatively many sites in areas near the largest cities gives the highest probability of detecting alien species, and thus potentially the greatest socio-economic benefit. The cost-effectiveness, measured as estimated detected alien species per monitoring NOK, is quite similar at the different ambition levels. Therefore, we cannot recommend an ambition level over another based on cost-effectiveness calculations. We recommend further implementing and developing the monitoring project of early detection and warning of new alien species in Norway, cf. the recommendations and experiences given in the previous report and this one, including a further development of the prediction model for route selection and further development of DNA metabarcoding as a method for species identification.