Assessment of the influence of surface pollution of soil with oil products on its enzymatic activity and vertical migration of zinc and copper

Abstract

This study assessed the impact of soil surface contamination with used motor oil on the migration and accumulation properties of zinc and copper, as well as estimated the activities of soil urease and catalase, two of the most important parameters characterizing soil self-healing processes under oil contamination. X-ray fluorescence, titrimetric, infrared spectrometry, and other methods were used to determine soil parameters and analyze petroleum products. Six years of monitoring under field experimental conditions revealed a significant accumulation of zinc in the surface soil layer (0–10 cm)—up to three times that of the control. This accumulation was due to the increased influence of the natural geochemical barrier—the upper organogenic soil horizon—by the added petroleum products, as well as the increased activity of ureolytic bacteria capable of precipitating this metal as insoluble carbonate minerals. Copper exhibits significant mobility under contaminated conditions, characterized by migration from the 0–10 cm layer and accumulation at a depth of 10–30 cm, exceeding the control level by up to 2.6 times, due to the high affinity of this metal for water-soluble fractions of petroleum hydrocarbons, heavy precipitation that fell during the monitoring period, and the presence of a thick clay layer at a depth of 60 cm and below, which served as a geochemical barrier preventing its further downward migration. Urease activity in the soil increased significantly, which was observed throughout the experiment. Soil catalase activity was inhibited immediately after the application of the petroleum product to the soil, and by the end of the study period, it increased to values 47,6% higher than the control level, indicating a gradual restoration of the microbiota and stimulation of soil self-purification processes.

References

1.    Аристовская Т.В., Чугунова М.В. Экспресс-метод определения биологической активности почв // Почвоведение. 1989. №11. С. 142–147.
2.    Водяницкий Ю.Н.Формы цинка в загрязненных почвах (обзор литературы) // Почвоведение. 2010. №3. С. 293–302.
3.    Гречищева Н.Ю., Ярославцева Н.В., Котельникова А.Д. и др. Мобилизация почвенного органического вещества ультрапресными водами: его моделирование и оценка влияния на подвижность тяжелых металлов // Почвоведение. 2021. № 6. С. 675–685. https://doi.org/10.31857/S0032180X21060058
4.    Девятова Т.А., Горбунова Н.С., Горбунова Ю.С. и др. Распределение тяжелых металлов и бенз(а)пирена в нефтезагрязненных почвах города Кайяра (Ирак) // АгроЭкоИнфо: Электронный научно-производственный журнал. 2022. №1. URL: http://agroecoinfo.ru/STATYI/2022/1/st_116.pdf (дата обращения: 02.02.2026). https://doi.org/10.51419/202121116
5.    Камалова Р.Г., Козлова А.С., Фирстов А.О. Современные изменения агроклиматических ресурсов в природно-сельскохозяйственных зонах Республики Башкортостан в теплый период // Вестн. Удмуртского ун-та. Сер. биология. Науки о земле. 2023. Т. 33, № 4. С. 434–444. https://doi.org/10.35634/2412-9518-2023-33-4-434-444
6.    Комаров В.И., Селиванов О.Г., Марцев А.А. и др. Содержание тяжелых металлов в пахотном горизонте почв сельскохозяйственного назначения Владимирской области // Агрохимия. 2019. №12. С. 75–82. https://doi.org/10.1134/S0002188119100089
7.    Коршунова Т.Ю., Четвериков С.П., Бакаева М.Д. и др. Микроорганизмы в ликвидации последствий нефтяного загрязнения (обзор) // Прикладная биохимия и микробиология. 2019. T.55, №4. С. 338–349. https://doi.org/10.1134/S0555109919040093
8.    Кузина Е.В., Рафикова Г.Ф., Мухаматдьярова С.Р. и др. Биологическая активность чернозема выщелоченного при нефтяном и хлоридно-натриевом загрязнении и влияние на нее обработки галотолерантными бактериями-нефтедеструкторами // Почвоведение. 2023. №1. С. 89–101. https://doi.org/10.31857/S0032180X22600718
9.    Курбатов Ю.Н., Скрипченко Л.С. Влияние нефтяного загрязнения на уреазную активность почвы // Сборник материалов заочной научно-практической конференции «Дни науки студентов Владимирского государственного университета имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых», 15–30 апреля 2020 г., Владимир. Владимир, 2020. С. 2635–2644.
10.    Курбатов Ю.Н., Трифонова Т.А. Исследование интегральной токсичности почвы, загрязнённой нефтепродуктами // Теоретическая и прикладная экология. 2023. № 4. С. 141–150. https://doi.org/10.25750/1995-4301-2023-4-141-150
11.    Курбатов Ю.Н., Трифонова Т.А. Изучение вертикальной миграции тяжелых металлов в загрязненной нефтепродуктами почве // Трансформация экосистем. 2025.Т.8, №3. С. 166–181. https://doi.org/10.23859/estr-230918
12.    Лесных Е.А. Поведение микроэлементов в почве при утрате гумуса на примере почв приобского плато Алтайского края // Вестн. Алтайского гос-го аграрного ун-та. 2005. № 3. С. 27–30.
13.    Лодыгин Е.Д. Сорбция ионов Cu2+ и Zn2+ гуминовыми кислотами тундровой торфяно-глеевой почвы // Почвоведение. 2019. № 7. С. 817–826. https://doi.org/10.1134/S0032180X19070098
14.    Михальчук Н.В. Подвижные формы тяжелых металлов и микроэлементов в почвах карбонатного ряда юго-запада Беларуси // Весцi Нацыянальнай акадэмii навук Беларусi. Серыя хiмiчных навук. 2017. № 3. С. 90–97.
15.    Пашукевич С.В.Образование и влияние сажи на моторные масла // Вестн. Сибирского гос-го автомобильно-дорожного ун-та. 2023. Т. 20, № 2(90). С. 248–259. https://doi.org/10.26518/2071-7296-2023-20-2-248-259
16.    Смирнова Т.С., Панина Ю.Ю. Мониторинг углеводородного загрязнения почвы посредством анализа её ферментативной активности // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. 2015. № 12. С. 33–38.
17.    Справочно-информационный портал «Погода и климат» [Электронный ресурс]. URL: https://www.pogodaiklimat.ru/history/27543_2.htm (дата обращения: 02.02.2026).
18.    Трифонова Т.А., Забелина О.Н. Изменение биологической активности почвы городских рекреационных территорий в условиях загрязнения тяжелыми металлами и нефтепродуктами // Почвоведение. 2017. № 4. С. 497–505.
19.    Трифонова Т.А., Курбатов Ю.Н. Изучение физиологических особенностей растений в условиях захоронения нефтепродуктов под слоем почвы // Теоретическая и прикладная экология. 2025. №1. С. 158–167. https://doi.org/ 10.25750/1995-4301-2024-4-158-167
20.    Федосов С.В., Маркелов А.В., Соколов А.В. и др.Коагуляция и ультрафильтрация: гибридный процесс очистки отработанных моторных масел // Мембраны и мембранные технологии. 2022. T. 12, № 5. С. 341–350. https://doi.org/10.31857/S2218117222050054
21.    Хазиев Ф.Х. Методы почвенной энзимологии. М., 2005. 252 с.
22.    Чередова Т.В., Дорошкевич С.Г., Бартанова С.В. Поведение тяжелых металлов в системе «почва-конденсат-растения» на объектах размещения отходов г. Улан-Удэ // Геоэкология. Инженерная геология, гидрогеология, геокриология. 2023. №1. С. 50–58. https://doi.org/10.31857/S0869780923010022
23.    Шабанов М.В., Маричев М.С. Тяжелые металлы в почвах геохимически сопряженных ландшафтов Красноуральского промышленного узла // Социально-экологические технологии. 2020. Т. 10, № 2. С. 201–225. https://doi.org/10.31862/2500-2961-2020-10-2-201-225
24.    Jalilvand N., Akhgar A., Alikhani H.A. et al. Removal of Heavy Metals Zinc, Lead, and Cadmium by Biomineralization of Urease-Producing Bacteria Isolated from Iranian Mine Calcareous Soils //J. Soil Sci. Plant Nutr. 2020. Vol. 20. P. 206–219. https://doi.org/10.1007/s42729-019-00121-z
25.    Lubricants Market Size, Share & Forecast Report, 2026–2032 [Электронныйресурс]. URL: https://www.gminsights.com/industry-analysis/lubricants-market (дата обращения: 28.01.2026).
26.    Ossai I.C., Hamid F.S., Aboudi-Mana S.C. et al. Ecotoxicological effects, human and animal health risks of pollution and exposure to waste engine oils: a review // Environ. Geochem. Health. 2024. Vol. 46. P. 416. https://doi.org/10.1007/s10653-024-02198-7
27.    Pelitli V., Doğan Ö., Köroglu H.J. Waste oil management: Analyses of waste oils from vehicle crankcases and gearboxes // Global J. Environ. Sci. Manage. 2017. Vol. 3, Iss. 1. P. 11–20. https://doi.org/10.22034/gjesm.2017.03.01.002
28.    Rajasekar A., Zhao C., Wu S. et al. Removal of high concentrations of zinc, cadmium, and nickel heavy metals by Bacillus and Comamonas through microbially induced carbonate precipitation // Biodegradation. 2025. Vol. 36. P. 40. https://doi.org/10.1007/s10532-025-10131-7
29.    Sazzad R.I., Rahman M., Hassan T. et al. Advancing sustainable lubricating oil management: Re-refining techniques, market insights, innovative enhancements, and conversion to fuel // Heliyon. 2024. Vol. 10, Iss. 20. P. e39248. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2024.e39248
30.    Shahzad A., Zahra A., Li H. Y. et al. Modern perspectives of heavy metals alleviation from oil contaminated soil: A review // Ecotoxicol. Environ. Saf. 2024. Vol. 282. P. 116698. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2024.116698
31.    Wu J., Jiang J., Xu C. et al. A comprehensive assessment of heavy metals, VOCs and petroleum hydrocarbon in different soil layers and groundwater at an abandoned Al/Cu industrial site // Ecotoxicol. Environ. Saf. 2024. Vol. 284.  P. 116927. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2024.116927
32.    Wu Y., Yu J., Huang Z. et al.  Migration of total petroleum hydrocarbon and heavy metal contaminants in the soil–groundwater interface of a petrochemical site using machine learning: impacts of convection and diffusion // RSC Adv. 2024. Vol. 14, Iss. 44. P. 32304–32313. https://doi.org/10.1039/d4ra06060a