Вплив біологічно активних препаратів на продуктивність сортів гісопу лікарського в умовах Південного Степу України

Abstract

Дисертація на здобуття ступеня доктора філософії за спеціальністю 201 Агрономія (20 Аграрні науки та продовольство). – Миколаївський національний аграрний університет, Миколаїв, 2026. Гісоп лікарський (Hyssopus officinalis L.) – багаторічна ефіроолійна культура родини Lamiaceae, яка містить комплекс біологічно активних речовин, зокрема ефірні олії (понад 0,5 %), флавоноїди, дубильні речовини, органічні кислоти та вітаміни. Завдяки антисептичній, протизапальній, відхаркувальній та тонізуючій дії гісоп має високий попит у фармацевтичній, харчовій та парфумерній галузях. В умовах Південного Степу України, де поширені дефіцит вологи, високі температури та нестабільність погодних умов, вирощування гісопу потребує адаптованих технологій із використанням біостимуляторів та органо-мінеральних добрив, здатних підвищувати продуктивність і якість сировини без шкоди для довкілля. Мета дослідження полягала у науковому обґрунтуванні впливу біологічноактивних препаратів на продуктивність та господарсько-цінні ознаки рослин гісопу лікарського сортів Маркіз, Національний та Водограй за вирощування в умовах Південного Степу України. Встановлено, що виживаність рослин першого року життя досягала 96,0 % у сорту Маркіз, 94,2 % – у Національного та 92,8 % – у Водограю. Оптимальна технологія живцювання (довжина живців 15 см та замочування у препараті Чаркор 6 год) забезпечувала найвищий рівень укорінення: Маркіз – 91,4 %, Національний – 89,7 %, Водограй – 88,2 %. Подовження експозиції до 12 год знижувало укорінюваність на 10–12 %, особливо у сортів з меншою початковою регенераційною здатністю. Хелпрост БТУ давав стабільний результат (82,1–83,4 %), перевищуючи контроль на 20 %. Показник SPAD, отриманий за допомогою приладу SPAD-502 (Konica Minolta, Японія), є індикатором вмісту хлорофілу та, відповідно, інтенсивності фотосинтезу в рослинах. Високі значення SPAD свідчать про активне нарощування вегетативної маси, що типово для фази інтенсивного росту. Проте, важливо зважати на можливий дисбаланс розподілу асимілянтів, особливо у багаторічних рослин в перший рік вегетації, коли відбувається одночасний розвиток надземної частини та кореневої системи. Надмірний відтік поживних речовин до листя може пригнічувати розвиток коренів, впливаючи на адаптацію та перезимівлю. Застосування Biochar Aktive + Граундфікс® сприяло підвищенню SPAD-індексу на 3–4 одиниці порівняно з контролем, що позитивно корелювало з виживаністю рослин (r=0,82), при цьому у сорту Маркіз SPAD досягав 33,0 од., у сорту Національний – 32,8, у сорту Водограй – 32,5. Оптимальні значення SPAD, свідчать про сприятливі умови для формування кореневої системи у перший рік їхнього життя. Аналіз даних показав вплив кліматичних умов, зокрема відсутність стійкого снігового покриву та низьких температур взимку, на ріст та розвиток рослин. У 2024 році сорт Маркіз, що має синьо-фіолетове забарвлення віночка продемонстрував більшу стійкість до несприятливих умов вегетації, характеризуючись найбільшими суцвіттями та тривалим цвітінням, тоді як сорт Національний, що має рожеве забарвлення віночка сформував найбільші за діаметром кущі. Сорт Водограй, відрізняючись компактністю куща та раннім завершенням цвітіння, показав розвинені квітконоси, що є важливим фактором врожайності. Морфологічні ознаки гісопу лікарського — висота рослин, кількість пагонів першого та другого порядку, кількість суцвіть — є ключовими критеріями формування потенційної урожайності зеленої маси гісопу лікарського, особливо при оцінці ефективності сортів і внесення біологічно активних препаратів в умовах змін клімату. За результатами дослідження, на фоні комбінованого застосування Biochar Aktive та Граундфікс® рослини сорту Маркіз продемонстрували найвищі морфометричні показники серед усіх досліджуваних варіантів. Відмічено збільшення висоти рослин до 64,4 см, що більше за контроль (без обробки) на 11%, кількості гілок першого порядку становила 21 шт., більше за контроль (без обробки) на 17%, гілок другого порядку – 51 шт., що перевищує за контроль (без обробки) на 82% та кількості суцвіть – 29 шт., що перевищує за контроль (без обробки) на 81% відповідно. Комбіноване внесення біологічно активних препаратів сприяє інтенсивному галуженню та посиленню генеративного розвитку, що, в свою чергу, позитивно впливає на підвищення врожайності зеленої маси. Сорт Національний продемонстрував помірну чутливість до внесення біологічно активних препаратів. У порівнянні з контрольним варіантом, спостерігалось збільшення висоти рослин до 55,6 см, що становить приріст у 9%. Крім того, кількість гілок першого порядку становила 20 штук, збільшення у порівнянні з контролем на 25%, гілок другого порядку – 47 штук, збільшення на 15%, а кількість суцвіть становило 26 штук, що більше за контроль на 24% відповідно. Сорт Водограй у варіанті застосування Biochar Aktive + Граундфікс® відзначено помірне покращення морфологічних показників рослин порівняно з контролем (без обробки). Зокрема, висота рослин збільшилася до 58,2 см, що становить приріст у 16% порівняно з контрольним варіантом. Кількість гілок першого порядку становила 20 штук, збільшення до контролю на 25%, а гілок другого порядку – 40 штук, що більше за контроль на 14% відповідно. При цьому, кількість суцвіть майже не змінилася, залишаючись в межах 19-20 штук, різниці між варіантами не встановлено. В умовах півдня України, де посушливість обмежує продуктивність сільськогосподарських культур, гісоп лікарський виявляється перспективним завдяки своїй відносній невибагливості до вологи. Дослідження показали, що водоспоживання гісопу залежить від сорту та системи живлення. Зокрема, сорт Маркіз продемонстрував найменший коефіцієнт водоспоживання – 432 м³/т (за умови використання Biochar Aktive + Граундфікс®), що на 11–15 % менше, ніж у сортів Водограй (480 м³/т) та Національний (455 м³/т). Навіть у посушливому 2024 році ефективність використання води гісопом зберігалася на рівні +7–10 % відносно контрольних показників. Показник урожайності зеленої маси в грамах на рослину є важливим критерієм для оцінки продуктивності гісопу лікарського, оскільки відображає здатність рослини ефективно використовувати наявні ресурси для нарощування вегетативної маси, багатої на цінні біологічно активні сполуки. Відмічено, що продуктивність зеленої маси зростає з віком насаджень, досягаючи максимальних значень на другий рік вирощування, зокрема у сорту Маркіз – 6,61 т/га (2023 р.), сорт Національний – 6,12 т/га, та сорт Водограй – 4,98 т/га. На третій рік спостерігалося зниження урожайності на 18–27 % залежно від сорту та погодних умов, проте цей показник залишався на 30–49 % вищим за контрольні значення, без використання біологічно активних препаратів. Основною метою промислового вирощування гісопу лікарського є отримання ефірної олії, що міститься в надземних частинах рослини, включаючи листя, пагони та суцвіття. Господарська цінність культури визначається вмістом ефірної олії у біомасі та якісним складом летких сполук. Важливо зазначити, що обсяг ефірної олії не завжди прямо пропорційний загальній продуктивності рослин, оскільки на її синтез впливають еколого-фізіологічні фактори, такі як вологість ґрунту та повітря, інтенсивність сонячного випромінювання, фітосанітарний стан і фаза розвитку рослин під час збирання. Вміст ефірної олії варіює залежно від віку насаджень та живлення. У 2024 році максимальний умовний валовий збір ефірної олії сорту Маркіз склав 66,64 л/га, Національний – 61,24 л/га, Водограй – 62,12 л/га (на третій рік). Застосування комбінації Biochar Aktive + Граундфікс® підвищувало умовно валовий збір ефірної олії на 30–35 % порівняно з контрольними ділянками. Компонентний склад ефірної олії гісопу лікарського відіграє вирішальну роль у визначенні її функціонального призначення та комерційної цінності в різних секторах, включаючи фармацевтику, харчову та косметичну промисловість. Основними біоактивними сполуками ефірної олії гісопу є монотерпени та монотерпенові кетони, такі як 1,8-цинеол (евкаліптол), камфора, пінен, β-пінен, ліналоол, терпінен-4-ол, гераніол, ізопінон і метилевгенол. Особливу увагу в науковій літературі приділяють 1,8-цинеолу та камфорі, що мають виражену фармакологічну активність. Хроматографічний аналіз виявив домінування ізопінокамфону (51,73 % у сорті Маркіз) та пінокамфону (9,99 % у сорті Маркіз), із сумарною ідентифікацією 91,94–93,02 % летких компонентів, що вказує на кетоновий хемотип з вираженими антисептичними властивостями. Економічний аналіз трирічних насаджень гісопу лікарського підтвердив доцільність внесення біологічно активних препаратів. У сорту Маркіз при застосуванні Biochar Aktive + Граундфікс® прибуток становив 53,76 тис. грн/га, рентабельність – 269,82 %, собівартість ефірної олії – 378,56 грн/л. У сорту Національний прибуток досягав 39,09 тис. грн/га, рентабельність – 196,18 %, собівартість ефірної олії – 472,69 грн/л., у сорту Водограй – 40,13 тис. грн/га, рентабельність – 201,41 %., собівартість ефірної олії – 464,48 грн/л. Окреме внесення Граундфіксу забезпечувало стабільні 107,87–155,95 % рентабельності за нижчої обівартості. Отримані результати підтверджують, що гісоп лікарський є високопродуктивною, економічно вигідною та екологічно безпечною культурою, перспективною для промислового вирощування у посушливих регіонах Південного Степу України.

Dissertation for the degree of Doctor of Philosophy in specialty 201 Agronomy (20 Agricultural sciences and food). – Mykolaiv National Agrarian University, Mykolaiv, 2026. Hyssop (Hyssopus officinalis L.) is a perennial essential oil crop of the Lamiaceae family, which contains a complex of biologically active substances, including essential oils (over 0.5%), flavonoids, tannins, organic acids, and vitamins. Due to its antiseptic, anti-inflammatory, expectorant, and tonic properties, hyssop is in high demand in the pharmaceutical, food, and perfumery industries. In the conditions of the Southern Steppe of Ukraine, characterized by moisture deficit, high temperatures, and unstable weather conditions, hyssop cultivation requires adapted technologies using biostimulants and organo-mineral fertilizers capable of increasing productivity and raw material quality without harming the environment. The aim of the study was the scientific substantiation of the influence of biologically active agents on the productivity and economically valuable traits of Hyssopus officinalis L. cultivars Markiz, Natsionalnyi, and Vodohrai when grown under the conditions of the Southern Steppe of Ukraine. It was found that the survival rate of first-year plants reached 96.0% for the Markiz cultivar, 94.2% for Natsionalnyi, and 92.8% for Vodohrai. The optimal rooting technology (cuttings length of 15 cm and soaking in the Charkor preparation for 6 hours) provided the highest rooting level: Markiz – 91.4%, Natsionalnyi – 89.7%, Vodohrai – 88.2%. Extending the exposure time to 12 hours reduced the rooting ability by 10–12%, especially in cultivars with lower initial regenerative capacity. Helprost BTU gave a stable result (82.1–83.4%), exceeding the control by 20%. The SPAD index, obtained using the SPAD-502 device (Konica Minolta, Japan), is an indicator of chlorophyll content and, accordingly, the intensity of photosynthesis8 in plants. High SPAD values indicate active accumulation of vegetative mass, which is typical for the phase of intensive growth. However, it is important to consider the potential imbalance in assimilate distribution, especially in perennial plants during the first year of vegetation, when the above-ground part and the root system develop simultaneously. Excessive nutrient flow to the leaves can inhibit root development, affecting adaptation and overwintering. The application of Biochar Active + Groundfix® contributed to an increase in the SPAD index by 3–4 units compared to the control, which positively correlated with plant survival (r=0.82). The SPAD index reached 33.0 units for Markiz, 32.8 for Natsionalnyi, and 32.5 for Vodohrai. These optimal SPAD values indicate favorable conditions for the formation of the root system in their first year of life. Data analysis showed the influence of climatic conditions, particularly the lack of stable snow cover and low winter temperatures, on plant growth and development. In 2024, the Markiz cultivar, which has a blue-violet corolla color, demonstrated greater resistance to unfavorable growing conditions, characterized by the largest inflorescences and prolonged flowering, while the Natsionalnyi cultivar, with a pink corolla, formed the largest diameter bushes. The Vodohrai cultivar, distinguished by its compact bush and early completion of flowering, showed well-developed flower stems, which is an important yield factor. Morphological traits of Hyssop (Hyssopus officinalis L.)—including plant height, number of first- and second-order shoots, and number of inflorescences—are key criteria for shaping the potential yield of hyssop green mass, particularly when evaluating the efficacy of cultivars and the application of biologically active compounds under changing climatic conditions. The study showed that combined application of Biochar Aktive and Groundfix® significantly enhanced morphometric indicators. The Marquiz cultivar demonstrated the highest performance, showing an increase in plant height up to 64.4 cm (11% higher than control), the number of first-order branches up to 21 (17% higher), secondorder branches up to 51 (82% higher), and inflorescences up to 29 (81% higher). This9 suggests that the combined application of these bioactive agents promotes intensive branching and generative development, positively impacting green mass productivity. The Natsionalnyi cultivar showed moderate responsiveness, with increases across all parameters, including plant height up to 55.6 cm (9% increase) and an increase in the number of first- and second-order branches by 25% and 15%, respectively. The Vodohrai cultivar showed a moderate increase in plant height and branching, but the number of inflorescences remained almost unchanged (19–20 units). In the Vodograi variety, the application of Biochar Active + Groundfix® resulted in a moderate improvement in plant morphological parameters compared to the control (untreated). Specifically, plant height increased to 58.2 cm, representing a 16% gain over the control. The number of first-order branches was 20, a 25% increase over the control, and second-order branches numbered 40, which is 14% more than the control. However, the number of inflorescences remained largely unchanged, staying within 19–20 pieces, with no significant difference observed between the variants. In the conditions of Southern Ukraine, where aridity limits the productivity of agricultural crops, hyssop (Hyssopus officinalis L.) proves to be promising due to its relative drought tolerance. Research showed that hyssop's water consumption depends on the variety and fertilization system. Notably, the Markiz variety demonstrated the lowest water consumption coefficient (432 m³/t) when treated with Biochar Active + Groundfix®, which is 11–15% lower than in the Vodograi (480 m³/t) and Natsionalnyi (455 m³/t) varieties. Even in the dry year of 2024, hyssop's water use efficiency was maintained at a level of +7–10% relative to control indicators. The green mass yield in grams per plant is a critical criterion for assessing the productivity of hyssop, as it reflects the plant's ability to efficiently utilize available resources to build up vegetative mass rich in valuable biologically active compounds. It was noted that green mass productivity increases with the age of the plantings, reaching maximum values in the second year of cultivation: Markiz – 6.61 t/ha (2023), Natsionalnyi – 6.12 t/ha, and Vodograi – 4.98 t/ha. A decrease in yield of 18–27% was observed in the third year, depending on the variety and weather conditions, but this10 figure remained 30–49% higher than control values (without the use of biologically active preparations). The main goal of industrial hyssop cultivation is to obtain essential oil contained in the above-ground parts of the plant. The economic value of the crop is determined by the essential oil content in the biomass and the qualitative composition of volatile compounds. It is important to note that the volume of essential oil is not always directly proportional to the total plant productivity, as its synthesis is influenced by ecophysiological factors. In 2024, the maximum conditional gross essential oil yield for the Markiz variety was 66.64 l/ha, Natsionalnyi – 61.24 l/ha, and Vodograi – 62.12 l/ha (in the third year). The combined application of Biochar Active + Groundfix® increased the conditional gross essential oil yield by 30–35% compared to the control plots. The component composition of hyssop essential oil plays a crucial role in determining its functional and commercial value. The main bioactive compounds are monoterpenes and monoterpene ketones, such as 1,8-cineole (eucalyptol), camphor, pinene, beta-pinene, linalool, terpinen-4-ol, geraniol, isopinocamphone, and methyleugenol. Chromatographic analysis revealed the dominance of isopinocamphone (51.73% in Markiz) and pinocamphone (9.99% in Markiz), with a total identification of 91.94–93.02% of volatile components, indicating a ketone chemotype with pronounced antiseptic properties. The economic analysis of three-year hyssop plantings confirmed the expediency of applying biologically active preparations. For the Markiz variety using Biochar Active + Groundfix®, the profit was 53.76 thousand UAH/ha, profitability – 269.82%, and essential oil cost – 378.56 UAH/l. For the Natsionalnyi variety, the profit reached 39.09 thousand UAH/ha, profitability – 196.18%, and essential oil cost – 472.69 UAH/l. For the Vodograi variety, the figures were 40.13 thousand UAH/ha and 201.41% profitability, with a cost of 464.48 UAH/l. Separate application of Groundfix® ensured stable profitability of 107.87–155.95% at a lower cost. The results confirm that hyssop is a highly productive, economically viable, and environmentally safe crop with prospects for industrial cultivation in the arid regions of the Southern Steppe of Ukraine.