长江流域作为我国传统的植棉区，直播棉已逐渐取代传统育苗移栽，成为实现棉花轻简化栽培方式^[1-2]，棉花种子直播入土后，土壤中的病菌和虫害往往导致棉种迟发、坏死，并引起苗期病虫害大面积发生，造成出苗率下降，棉苗素质低，对棉花产量和品质构成了严重的威胁。湖南省作为长江流域主要的棉花产区，每年春夏时节的倒春寒是棉花播种种植期间遇到的主要农业气象灾害，低温和多雨导致棉花病害滋生、僵苗迟发，严重制约了油菜（前茬作物）之后直播棉的高产和稳产^[3]。

实现一播全苗、壮苗是保障棉花高产稳产的基础^[4]。生产上常应用棉花种子处理以提高出苗率以及棉苗素质。近年来，利用包衣、丸（粒）化技术为代表的棉花种子处理来提升棉种萌发质量，实现一播全苗，壮苗早发，保障棉花的生长发育已成为目前研究的热点和焦点^[5]。但昂贵的包衣成本和复杂的丸（粒）化工艺制作流程增加了植棉成本。另一方面棉花作为子叶出土型幼苗，种子出苗后包裹在种壳外层的包衣剂或丸化剂会由于下胚轴的伸长随着子叶一起出土，留在土壤表面，无法对后续幼苗的生长发育提供营养。并且传统的种子包衣以及丸（粒）化都是作用于单粒棉种，无法在实际种植上形成有效的“种子汇集”，实现“多粒种子成苗”。因此，进一步探索种子播前处理技术，最大程度实现“一粒种子，一棵苗”，在适应机械化播种的同时，延长肥效药效持续时间，改善出苗后棉苗的生理素质，对提高棉花产量和植棉经济效益具有重大意义。因此，本研究利用凹凸棒土、木薯改良性淀粉、膨润土、基质、硅藻土和水按8:13:8: 93:8:171（w/w）进行了棉花种子球化处理，在前期试验的基础上^[6]，进一步进行了大田试验，探究种子球化处理对棉花产量及品质的影响，以期提高棉花出苗率，提升棉苗生理素质，保障棉花高产稳产，为棉花轻简化和机械化栽培奠定基础。

于2021年在湖南农业大学耘园基地（113°04′ E，28°11′ N，海拔40 m）开展试验。基地地处湘中区域，属亚热带季风性湿润气候，光热充足，降水充沛，适宜棉花生长。试验地前茬作物为水稻，土壤为红黄壤，耕作层土壤有效磷、速效钾、水解性氮含量分别为78.9、97.7、412 mg/kg。

供试棉花种子为湖南农业大学棉花研究所提供的常规早熟品种JX0010，试验前脱绒、晒种，并用手选法去除坏粒、空粒和其他杂质，精选棉籽饱满度基本一致。

本试验所用木薯改良型淀粉购买自山东华运达新材料有限公司；硅藻土和钙基膨润土380目分别购买自山东川山国际矿业有限公司、广州拓亿新材料有限公司；基质为湖南省湘晖农业技术开发有限公司生产、湖南农业大学湘晖农业技术研究所研发，其中有机质≥35%，pH 5.5~7.5（主要成分为泥炭土、珍珠岩、蛭石、椰子糠、缓释有机肥等）；凹凸棒土购买自安徽明光市天科矿物有限公司。

采用种子处理（A，主区因素）、播种密度（B，副区因素）、播期（C，副副区因素）三因素再裂区设计。种子设2个处理：球化种子（A1）、未球化种子（A2）；播种密度设2水平，分别为30 000（B1）、45 000株/hm²（B2）；播期设2水平，分别为5月25日（C1）、6月5日（C2）。设3次重复，共24个小区，每小区种植4行棉花，小区面积20 m²（5 m$\times$4 m）。

播种前将土壤翻晒，并用多菌灵对土壤进行消毒处理，消除前茬作物对棉花种植的影响。然后进行整地，并按照密度的不同进行打孔，每孔穴深4~5 cm。同时将木薯改良型淀粉、硅藻土、钙基膨润土、凹凸棒土、基质和水按比例充分混匀搅拌，手工捏成直径3.5~4.5 cm的球状物，内含2粒棉花种子（图1）。为消除水对棉种的影响，同一时间内将未球化棉种一起进行播种，每穴精播2粒种子（其中1颗球化种子），用基土覆盖并浇水。保障试验的一致性、准确性。观察并记录出苗情况后，进行间苗和补苗。其他田间栽培管理方法按照湖南省地方棉花栽培技术规范执行（DB43/T 286-2006）^[7]。

在每个小区中间行内选定生长一致、具有代表性且连续的5株棉株进行挂牌标记，调查以下指标。

出苗：全田有超过50%的棉苗2片子叶出土并平展的日期；现蕾：肉眼可见棉花任意一果枝的第一幼蕾苞片长到大约3 mm时为现蕾，即全田有超过50%的棉株任意一果枝出现现蕾的日期；开花：任意一果枝第一朵花开放即为开花，全田有超过50%的棉株任意一果枝上的蕾开花的日期；吐絮：全田有超过50%的棉株的果枝上的棉铃外壳裂开，并漏出白色纤维的日期。

苗期：从出苗到开始现蕾所需的时间为苗期。蕾期：从现蕾到开始开花所需的时间称为蕾期。花铃期：从开花到吐絮所需的时间称为花铃期。生育期：指棉花从出苗到吐絮所需要时间的天数。

播种后，观察并记录各个小区内所有棉苗的出苗情况，计算棉花的出苗率和出苗穴率。

出苗率（%）=出苗数/播种种子总数×100；

出苗穴率（%）=出苗穴数/播种穴数×100。

单株铃数：在棉花吐絮盛期时，观测各小区棉株的个体成铃数（坏、烂铃等不计），取平均值。

单铃籽棉重（单铃重）：各小区采收棉株中下部充分吐絮的棉铃，每小区共50个吐絮铃，晾晒干后称其质量。取平均值，铃重=50个籽棉干重（g）/50。

籽指：从锯齿轧花机轧花后的种子中精选100粒相对一致的棉籽（去掉未成熟籽、脱绒不完全、虫籽、破籽、秕籽等），重复3次，称重，取平均值。

衣分：计算轧花后的棉纤维（皮棉）占籽棉重量的百分率即为衣分，精确到0.1%。

籽棉产量（kg/hm²）=收获密度（株/hm²）×平均单株成铃数（个/株）×单铃重（g/铃）/1000×校正系数（85%）。

皮棉产量（kg/hm²）=籽棉产量（kg/hm²）×衣分（%）。

采收到的吐絮铃，按小区数将经过轧花和充分晾晒干后的棉纤维各取20 g，装入信封并密封包好，送至农业农村部棉花品质监督检验测试中心（中国农业科学院棉花研究所，河南安阳）按GB/T 20392-2006《HVI棉纤维物理性能试验方法》^[8]检测HVI 5项指标，包括上半部平均长度、整齐度指数、断裂比强度、马克隆值和伸长率。

采用Microsoft Excel 2010进行数据整理，采用SPSS Statistics 23的一般线性模型进行方差统计分析，采用Duncanʼs进行多重比较和显著性检验。

表1表明，棉花种子球化处理（A1）在出苗后33~35、50~55、101~108 d时现蕾、开花和吐絮。与种子直播（未球化，A2）在出苗后39~42、62~68、116~126 d时现蕾、开花和吐絮相比，棉花种子球化处理苗期缩短6~7 d，蕾期缩短6 d，花铃期缩短4~5 d，生育期缩短16~18 d，差异极显著。在A1处理中，A1B2C2生育期最短，为101 d，与A1B1C2生育期相比缩短了1 d，但2组并无显著差异。其余2组A1B1C1与A1B2C1生育期分别为104和108 d，与A1B1C2、A1B2C2相比，其生育期显著延长，说明适时晚播C2（6月5日）较早播C1（5月25日）可以缩短种子球化处理后棉花的生育期。在A2处理中，A2B1C1、A2B1C2、A2B2C1和A2B2C2生育期分别为126、119、122和116 d，生育期表现出显著的组内差异。综合以上不同处理对棉花生育进程和生育期的影响，在6月5日，播种密度为45 000株/hm²时，利用棉花种子球化处理方式进行播种，JX0010的生育期最短。

由表2和表3可知，种子处理对棉花出苗率以及出苗穴率存在极显著影响。A1处理后的出苗率和出苗穴率较A2处理分别极显著提高19.63%~ 26.67%和14.82%~20.74%；播期对出苗率存在极显著影响，晚播（C2）出苗率较早播（C1）出苗率极显著提高3.34%~7.23%；种子处理和播种密度、种子处理和播期分别对出苗率存在显著交互效应，呈现A1B2、A1B1>A2B2>A2B1和A1C2>A1C1>A2C2>A2C1，说明棉花种子球化处理后的出苗率优于种子未球化处理，且以晚播和高密度条件下出苗率最优。种子处理、播种密度与播期三者之间对出苗穴率存在显著的交互影响，以A1B1C2最优、A1B2C1和A1B2C2次之，较其他处理分别显著提高27.78%、20.55%和26.67%。综合以上不同处理对棉花出苗的影响，在6月5日，利用棉花种子球化处理方式进行播种，播种密度为45 000株/hm²时，JX0010的出苗率和出苗穴率最高。

由表4、表5可知，A1处理较A2处理单株铃数、单铃质量、籽棉产量和皮棉产量分别极显著提高32.55%~43.42%、2.63%~15.79%、42.46%~69.87%和42.58%~69.94%。根据棉花产量构成因素，说明种子球化处理能提高棉株的单株铃数和单株重，继而提高棉花产量。衣分作为衡量皮棉产量的一项重要指标，在本次试验中并无显著差异，可能是由品种决定的。播种密度均极显著影响籽棉产量和皮棉产量，呈现高密度（B2）的籽棉和皮棉产量较低密度（B1）极显著提高39.53%~52.79%和39.36%~ 52.91%。说明在本试验中，高密度的棉株大群体优势相较小个体可以实现棉花产量的增加。播种密度和播期对籽棉产量和皮棉产量具有显著影响，其中籽棉产量呈现B1C1、B2C2>B2C1>B1C2，皮棉产量呈现B2C2>B2C1>B1C1>B1C2。以上说明，JX0010在高密度（45 000株/hm²）晚播（6月5日）条件下籽棉产量和皮棉产量最高，且表现以种子球化处理方式下最佳。

由表6和表7可知，播种密度对马克隆值影响显著，呈现低密度优于高密度。播期对上半部平均长度影响显著，C2（晚播）上半部平均长度比C1（早播）显著提高1.63%~2.00%；种子处理与播期的交互效应对断裂比强度存在显著影响，呈现A1C2>A2C2>A2C1>A1C1。播种密度和播期二者交互效应对马克隆值也存在极显著交互影响，呈现B1C2>B2C1>B1C1>B2C2。种子处理、播种密度和播期三者交互显著影响上半部平均长度，以A2B2C2最优，A1B1C2次之，较其他处理显著提高3.55%和2.33%。综合来看，以上不同处理对棉花纤维品质虽在数理统计上有不同程度的显著差异，但各个处理之间数值相差很小，表明各处理因素对棉花纤维品质无明显影响。

提高幼苗的出苗率和出苗速度是作物丰产增收的基础^[9-10]。包衣和造粒等种子播前处理可以在原有种子活力的基础上，使种子带肥带药入土，进一步隔绝或削弱土传病害、病菌等生物和非生物胁迫，保障种子播种后在土壤中的生长和发育^[9,11]。Srimathi等^[12]用pungam叶粉丸粒化处理的麻疯树种子的发芽率比对照高169%，而用A.indica（印楝）丸粒化的羽扇豆种子的发芽率比对照高92%。试验得出种子丸粒化可以保护种子免受真菌和昆虫的侵袭，从而促进其更好生长和发育。与种子球化处理相类似，本试验中棉种球化处理后的出苗率为89.44%~95.56%，出苗穴率为97.78%~100.00%。较棉种直播出苗率和出苗穴率分别提高了25.85%~ 38.80%和17.40%~26.92%。张彦才等^[13]研究表明，棉种丸粒化处理后棉株开花期和吐絮期均有1~6 d不同程度的提高。这与本试验中，棉种球化处理后的生育期为101~108 d，较棉种直播生育期（116~ 126 d）缩短15~18 d是相似的。说明在本试验中的种子球化处理能有效促进棉种的出苗率，并缩短棉花的生育期，呈现“出苗率高，棉花长得快”的现象。

单株铃数和单铃重是影响棉花产量形成的决定性因素，二者与籽棉产量呈显著正相关^[14]。刘明分^[15]试验表明，棉种丸粒化处理比未处理平均增产达20.79%，并得出棉种丸粒化处理可以减轻病虫害的影响，提高成苗率的同时，促进后期棉株生殖生长，保障棉花高产稳产，本试验结果与其一致。但棉纤维品质中衣分在各处理因素影响下均无明显差异，说明衣分主要由品种遗传因素决定，在不同环境条件和栽培措施下可能略有变化，这与毛允峰等^[16]和刘国栋等^[17]研究结果一致。关于棉花种子丸粒化（包衣）等对棉花纤维品质的影响尚未见公开报道。密度、播期对棉花纤维品质的影响受气候、土壤、种植方法及耕作制度的不同而存在差异。前人^[18]研究表明，不同的种植方式对棉花纤维品质影响不同。朱家辉^[19]认为，随着种植密度的增大，纤维长度和强度逐渐降低，但并未达到显著差异。王欣悦等^[20]研究表明，在播期推迟的情况下，上半部平均长度、马克隆值、伸长率和断裂比强度在不同水平上呈现差异，认为播期对棉花纤维品质有一定程度的影响，这与本试验相似。

传统种子包衣技术，以将种衣剂或包衣剂通过机械方法使其附着在种子表面为特征。而种子丸（粒）化是利用特制的丸化材料，通过机械加工包裹着种子，形成外观形状类似于药丸的丸（粒）化种子。二者主要区别在于是否使种子体积增大^[21]。但包衣或丸（粒）化技术存在原材料成本高，加工技术复杂等缺陷^[22]。且棉花属于子叶出土型作物，种子发芽后，下胚轴会伸长并将子叶一起顶出土壤表面，而包裹在种壳外层的种衣剂或丸化剂会随着子叶一齐出土，虽然棉种出苗率提高了，但种衣剂或丸化剂无法继续促进棉苗后期的生长和发育。出苗后，如遇不利的天气等因素，仍可能出现棉苗素质差，甚至出现坏苗、死苗的现象。而本试验中的种子球化技术是在以上传统种子播前处理技术的基础上，针对其成本较高、加工复杂，且作用在棉花种子上存在肥药效持续时间短等缺陷，创新性地首次实现了棉种大肥大药一齐入土，其不但可以促进棉种的出苗率，种子“破球”出苗后，裂开后的球化各组成基料仍可以继续保留在幼苗根系周围，改善棉苗生理素质，实现“种子出苗率高、幼苗生理素质好”。

木薯改良性淀粉具有经济成本低、无毒环保、相容亲和度高和粘合效果好等特点，已被证明在对抗病原体、控制病虫害以及促进土壤中肥料的释放和改善作物对养分的吸收中具有广泛的应用前景^[23]。硅藻土主要成分为二氧化硅（SiO₂），作为一种硅质沉积岩，其吸附能力强，具有低密度、多孔结构和高比表面积等特点^[24]，而且pH呈中性、无毒、混合性好，可作为农作物的复合肥料^[25]。在土壤中还能保持水分，疏松土质^[26]。凹凸棒土是一种镁铝硅酸盐矿质黏土，又称为坡缕（缟）石。具有吸附、悬浮、缓释、离子交换、分散以及低比重（2.0~2.3 g/cm³）等物理和化学特性，与复合肥料的结合可以提高作物的产量^[27]。并且凹凸棒土具有价格低廉、储量丰富和环境友好等特点，可以作为复合肥的包膜材料在作物在不同生长阶段根据营养需求进行合理施用，达到降低生产成本、减少肥料浪费、提高作物产量的目的^[28]。膨润土是一种天然的土壤改良剂，具有高阳离子交换能力，常用作土壤调节剂，可提高土壤保养、保肥能力，促进植物生长^[29-30]。前人^[31]研究结果表明，膨润土能提高处理后棉花种子的发芽率和发芽势，棉田配施0.5~1.5 t/hm²膨润土，能使棉花增产4.8%~13.5%。

本试验中种子球化处理能显著提高棉花出苗率，缩短棉花的生育期，并通过增加棉株单铃重和单铃数，以实现棉花产量的提高。究其原因可能是，木薯改良性淀粉在水中溶解后，将基质黏结成球，棉种包裹于其中。一方面硅藻土可以保持球化物中的水分，给种子吸水膨胀出苗创造条件，基质中的椰子糠、蛭石等无机物营造了一个较为疏松和多孔结构的球化物，下胚轴可以较为轻松地顶破球化物，实现“破球”出苗，棉种出苗率因此得到提高。另一方面，球化物裂开后，膨润土吸附了幼苗根系周围的土壤肥力，凹凸棒土延缓了肥效的作用时间，二者共同为出苗后棉苗的生长和发育提供养分，木薯改良性淀粉则最终降解为水和CO₂，棉苗实现“长得快、长得好”，体现在本试验中能缩短棉花生育期，棉花营养生长阶段中“源”足“流”畅，生殖生长阶段“库”大，最终表现为棉花产量的提高。

因此，种子球化处理与传统种子丸粒化或种子包衣不同，种子球化不仅可以实现将一粒或者多粒种子以一个单元进行“汇集（团聚）”，也可以将同一作物不同品种或同一品种的多粒种子在播种中实现。同时较大的球化物也让种子在土壤中形成了一个相对稳定的“内环境”（图2），增强种子直播入土后抵御部分生物和非生物胁迫，保障棉种萌发，促进“破球出苗”后棉花幼苗的生长发育。结合晚播和适当的种植密度，以调整棉花植株，使其结构紧凑，提高光热和养分的利用率，让其适应机械化收获的同时，也使棉花产量大大提高。同时该方法可以结合不同地区的气候栽培条件、水肥管理等差异，合理变换球化组成基料，充分挖掘棉花种子球化处理的生产潜力，对于最大限度实现“一粒种子，一颗苗”，实现长江流域棉区轻简化、机械化栽培具有重要意义和作用。

利用棉花种子球化处理，结合晚播（6月5日）和高密度（45 000株/hm²）可以显著提高棉种出苗率，缩短棉花生育期，增加籽棉和皮棉产量，并在一定程度上改善纤维品质。