Developing a characterization factor and effect factor model for impacts of marine invasive species - Within the context of Life Cycle Impact Assessment

Abstract

Marine arter blir stadig mer transportert og frigjort til nye habitater hvor de ikke er innfødte. Virkningen av fremmede arter som blir invaderende, er av voksende bekymring. Å kunne vurdere invaderende arters påvirkning på det marine miljø, er avgjørende for fremdriften i dagens økologi, men det er ennå ikke etablert noen standard helhetlig måte å kvantifisere slike fremmedlegemer på. Livsløpsanalyse (LCA) er imidlertid en metode for miljøvurdering og legger til rette for kvantitativ beslutningsstøtte, og metoden tar sikte på å identifisere strategier for miljøforbedringer uten problemskifte. Denne avhandlingen vurderer de ulike vektorene og prosessene til hvordan frememdarter blir introdusert til nye habitat. Avhandlingen undersøker hvilken introduksjonsprosess som er mest relevante for videre utvikling, mot utviklingen av en operativ effektfaktormodell innenfor LCA rammverket. Hovedmålet er å utvikle en operativ effektfaktor modell og, om mulig, en karakteriseringsfaktor modell for marine fremmedarter.

Ballastvann viste seg å være en viktig og den største vektoren for introdukjson av fremmedarter, og representerer dermed i denne avhandlingen den eneste vektoren for introduksjon av fremmedarter i en marin region j. Vektoren kan da legge grunlaget for fremmedarters vei fra introduskjon til skade. Denne prossesen starter fra «inventory» av studiet, som er volum ballast vann utladet i en region j, som fører til; inntrodusjon av fremmede arter gjennom ballastvann, til; virkningen fremmedartene har i region j, og til slutt; en indikator for skade på økosystemet. Denne oppgaven presenterer en foreløpig karakteriseringsfaktor (CF) modell basert på den utledede prosesssveien, der indikatoren for økosystem skade er bestem av en PAF metrisk; potensielle berørte brøkdelen av arter i region j. Den endelige CF modellen representerer da; PAF per m3 ballastvann i en region j. Modellen utviklet innholder en skjebnefaktor (FF), eksponeringsfaktor (XF) og en komplett operativ effektfaktor (EF). Effektfaktoren representerer den potensielle brøkdelen berørte arter i region j grunnet den totale påvirkningen formidlet i regionen. Med andre ord PAF per enhent stressor intensity. De invderende arters nivå av påvirkning er estimert ved å bruke et scoringssystem utviklet i forprosjektet for den nåværende avhandling.

Karrakteriseringsfaktorer og effektfaktorer er i denne avhandlingen beregnet i en case- studie for Sør – Norge og Nord – Norge. Bare de marine invaedrende artene som er tilgjengelige i Marine Life ble inkludert i beregningene, brakvanns - og ferskvannsarter ble utelukket. Data som var nødvendige for å beregne både CF og EF, ble samlet inn via «Marine Life» database. Derimot, utslipp av ballastvann er ikke tilgjengelig per dags dato og ble derfor estimert ved å studere ballast vann studier, skipsfartstrafikk og fartøystyper. De beregnede CF-og EF-resultatene for Sør-Norge er tilsavarende 9,30E-13 PAF / m3 og 2,77E-3 PAF, og for Sør-Norge er de; 6.23E-11 PAF/ m3 og 4,76E-4 PAF.

Marine species are increasingly transported and released to new habitats where they are alien. The impacts of alien species turning invasive are a growing concern. Assessing non-native invasive species in terms of their impact is thus essential for progress in ecology, but there is not yet established any standard, transparent way to quantify alien species invasiveness. However, life cycle assessment (LCA) is a method for environmental assessments and management, which allows for quantitative decision support. The method aims to identify strategies for environmental improvements without problem shifting. The present thesis assesses marine invasive species impact pathways, and investigates which pathways is the most relevant for further development, for the development of an operational effect factor within the framework of LCA and life cycle impact assessment (LCIA). The aim is to develop an operational effect factor model, and if possible, a characterization factor for marine invasive species.

Marine invasive species introductions through ballast water showed to be an important vector of alien species introductions in the present thesis. Ballast water is thus recognized herein to represent the total number of alien species introduced in ecoregion j. The impact pathway of alien species is defined thereafter and shows the link between inventory data; ballast water discharged in an ecoregion j, to; introduction of alien species through ballast water, to; the impact these species mediate in ecoregion j, and to; an indicator of ecosystem damage. The present thesis presents a preliminary characterization factor model based on this impact pathway, which represents the potentially affected fraction of species (PAF) per m3 ballast water discharged in ecoregion j. The characterization factor includes a fate factor (FF), exposure factor (XF) and a complete operational effect factor (EF). The EF model constitutes the potentially affected fraction of species in region j due to the total impact mediated in the region. In other words, PAF per unit of stressor intensity. The level of influence of the invading species is estimated using a scoring system developed in the pre-project for the current thesis, these scores are summed to represent the toal impact mediated.

Characterization factors and effect factors are in this thesis calculated in a case study for South Norway and Northern Norway. Only the marine invasive species groups available in the Marine Life was included in the calculations, brackish and freshwater species was excluded. Data needed to calculate CF and EF was collected via the Marine Life database. However, ballast water discharges in an ecoregion is not available to date and was for the present thesis estimated by studying the shipping traffic and vessels types entering the region of study, as well as relevant studies of shipping transport and ballast water discharges. The CF are thus not corresponding actual true values..The preliminary CF for Southern Norway is 9,30E-13 PAF/m3, and the CF of Northern Norway is 6.23E-11 PAF/m3. While the EF are 2,77E-3 PAF and 4,76E-4 PAF accordingly.