近日来,作为水产配方中的关键磷源,饲料级磷酸二氢钙价格大幅上涨,驱动涨价的重要因素包括:1)全球磷资源战略升级,受磷矿石、硫磺等关键原料的价格影响,推高了磷酸二氢钙的生产成本;2)新能源磷酸铁锂电池需求强劲,饲料级磷酸钙盐在原料端进一步被挤压,导致磷酸二氢钙供应相对收缩;3)农业用肥叠加养殖旺季,对磷源的刚性需求较强。在原料价格持续上涨及终端水产品售价较稳定的背景下,水产料企面临“两头受挤”的产业困局,因此,寻找磷酸二氢钙的替代品来降低配方成本成为料企关注的热点议题,其中磷酸氢钙备受关注。
本文从化学特性、消化道生理、不同养殖品种利用率、经济成本以及环境排放等角度,剖析水产饲料中为什么选择磷酸二氢钙而非磷酸氢钙。
一、不同磷源产品的溶解度是动物吸收的关键因素

图1 溶解度差异是动物吸收的关键因素
动物对磷的吸收有一个基本前提:磷必须以磷酸根离子(H2PO4- 或 HPO42-)的形式存在于肠液中。肠壁对磷的吸收既有主动运输(NaPi-IIb 转运体),也有被动的旁细胞扩散。水产动物肠道 NaPi-IIb 表达量较低,被动旁细胞扩散在磷吸收中的权重更大,当肠腔磷酸根浓度足够高时,旁细胞扩散占据主导,因此溶解度是决定磷源利用效率的关键。这意味着,评价一种磷源的好坏首先看它在消化道里的溶解度差异。水产中用的磷酸二氢钙的化学式是Ca(H2PO4)2·H2O,在消化道湿润环境中高度可溶、近中性pH下可快速解离为Ca2+和H2PO4-。磷酸氢钙的化学式是CaHPO4·2H2O,在近中性环境中溶解度很低,要让磷酸氢钙释放出磷酸根,需要H+参与反应:CaHPO4+H+→Ca2++H2PO4-,H+的来源只有胃酸;因此磷酸氢钙能不能溶解取决于动物的胃酸强弱。
二、畜禽vs水产动物的胃酸分泌能力直接影响不同磷源的利用效率
有胃鱼胃壁的泌酸细胞是oxyntopeptic细胞(兼具泌酸和分泌胃蛋白酶原的双功能细胞),其泌酸效率显著低于哺乳动物的parietal细胞(专职泌酸细胞),这是大多数鱼类胃酸弱于猪、鸡的细胞生物学基础;此外,部分水产动物没有胃的结构(如鲤鱼、草鱼),消化道全程维持近中性,不具备"用胃酸把磷酸氢钙溶解"的生理前提。
图2汇总了主要畜禽的胃内pH和两种磷源的利用率。畜禽胃酸分泌能力强,能够补偿磷酸氢钙溶解度低的缺陷。猪的胃内pH约1.5–2.5(Cromwell,1992),对磷酸氢钙的利用率随日龄增长从75%逐步提高到92%(霍启光等,NRC2012)。肉鸡的腺胃pH约1.5–3.0,加上肌胃的研磨作用延长了食糜停留时间,对磷酸氢钙的利用率约74–81%。反刍动物的真胃pH约2.0–3.0、瘤胃微生物也有助于磷释放,对磷酸氢钙的利用率达85–100%(NRC,2001/2016)。

图2 畜禽胃酸pH与磷酸二氢钙/磷酸氢钙利用率
三、不同水产动物对磷酸二氢钙和磷酸氢钙的利用率
3.1 强胃酸的有胃鱼:罗非鱼在产业上仍偏好磷酸二氢钙
罗非鱼胃酸最强,与猪接近,磷酸氢钙利用率86.03%,与磷酸二氢钙(91.88%)差距仅5.85个百分点(白富瑾等,2016;图3)。这是目前文献报道中唯一磷酸氢钙与磷酸二氢钙差距小于10个百分点的水产养殖品种。即便如此,产业实践中罗非鱼配方仍首选磷酸二氢钙。主要原因是钙超标风险:试验实测磷酸氢钙含磷16.63%,磷酸二氢钙含磷19.09%;且磷酸氢钙利用率更低,达到同等有效磷水平需更高磷酸氢钙添加量,磷酸氢钙钙含量约23%,磷酸二氢钙钙含量16%。大量使用磷酸氢钙将导致整体钙磷比升高——过量的Ca2+在肠道与磷酸根形成难溶磷酸钙(无定形磷酸钙或磷酸八钙),进一步抑制磷吸收,形成恶性循环。其次对于多养殖品种配方并行管理的商业饲料厂,磷酸二氢钙意味着更少的配套调整变量、更低的出错风险。
3.2 中等胃酸的有胃鱼
虹鳟胃酸中等(pH2.6–4.9),磷酸氢钙利用率71%,与磷酸二氢钙(94%)差距23个百分点(Ogino等,1979)。斑点叉尾鮰胃酸较强(pH2.0–2.4),但磷酸氢钙利用率仅65%,与磷酸二氢钙(90%)差距25个百分点(Lovell,1978;图3)。叉尾鮰的胃排空速率较快,食糜在胃中停留时间不足以让磷酸氢钙充分溶解。这个数据提醒我们:胃酸强度是必要条件,但不是充分条件——食糜在胃中的滞留时间同样影响磷酸氢钙的溶解程度。鲈鱼的胃内pH约3.0–3.5,处于鱼类的中等水平。其磷酸氢钙的消化率范围为66–71%(该数据聚合了多个亚种的独立研究,消化率在不同研究中波动较大)。
3.3 无胃鱼及虾蟹类
鲤科鱼类(鲤鱼、草鱼)没有胃的结构,消化道全程近中性。无法为磷酸氢钙提供溶解所需的H+。磷酸氢钙只能靠自身微弱的溶解度在近中性肠液中勉强维持。鲤鱼磷酸氢钙利用率46%,与磷酸二氢钙(94%)差距48个百分点(Ogino等;1979);草鱼磷酸氢钙利用率60.3%,与磷酸二氢钙(90.3%)差距30个百分点(黄耀桐等;1990,图3)。
南美白对虾以肝胰腺为核心。Davis&Arnold(1994)报道其对磷酸氢钙的表观磷利用率仅19.1%,对磷酸二氢钙也只有46.3%(APA绝对值,与鱼类的RBV/表观消化率属不同度量体系)。

图3 部分水产动物胃酸pH与磷酸二氢钙/磷酸氢钙利用率
注:(鲈鱼波动较大,未展示)
四、不同磷源使用的经济成本与环保问题
选择磷源归根结底是经济决策。根据现有经验,我们可以这样计算:有效磷成本=原料单价÷(总磷含量×磷利用率)。图4以鲤鱼为例(磷酸氢钙利用率取46%,磷酸二氢钙取94%)。

图4 磷酸氢钙/磷酸二氢钙有效磷成本(以鲤鱼为例)
由图4可知,磷酸氢钙单价更便宜,但磷酸二氢钙每公斤有效磷成本比磷酸氢钙低约44%,使用磷酸氢钙时的钙磷比(1.28∶1)也高于磷酸二氢钙 ,再加上饲料原料中的钙极易造成总体钙含量过高,当饲料中钙含量相对于磷过量时,多余的Ca2+在肠道内与磷酸根结合形成不溶性磷酸钙沉淀,在水产动物中性至弱碱性的肠道条件中,磷酸根主要以HPO42-形式存在,Ca2+与HPO42-会形成无定形磷酸钙(ACP)或磷酸八钙(Ca8H2(PO4)6·5H2O)沉淀,从而影响磷的利用;其次高钙竞争性抑制Zn、Fe、Mn的吸收,这两者最终共同导致水产动物骨骼发育异常。
磷酸二氢钙水溶性好,溶到水里会不会导致富营养化?Milián-Sorribes等(2021)在虹鳟中的研究表明,高消化率磷源(磷酸二氢钙)组的养殖废水总磷排放低于低消化率磷源(磷酸氢钙)组。没有被鱼吸收的磷才会进入环境,磷酸二氢钙的高利用效率恰恰减少了磷排放。在《水产养殖尾水排放标准》日趋严格的大背景下,磷源选择不仅是一个配方经济问题,也是一个环保合规问题。
因此,在考虑应用经济成本的基础上,还需要关注未利用磷的环境压力(底泥积累、蓝藻风险)及环保合规问题。
结语
能不能用磷酸氢钙替代磷酸二氢钙,取决于养殖品种的胃酸分泌能力,且胃酸强度 × 食糜滞留时间共同决定了磷酸氢钙可利用程度。对于强胃酸的有胃鱼(如罗非鱼),磷酸氢钙与磷酸二氢钙的差距在所有水产养殖品种中最小(约 6 个百分点),但目前还没有相关报道证明磷酸氢钙在实际生产中可以较好的替代磷酸二氢钙使用,在兼顾成本下如需使用磷酸氢钙,建议进行效果评估后再进行使用。
对于鲤鱼、草鱼等无胃鱼和虹鳟等弱胃酸鱼,磷酸氢钙因无法充分溶解而不推荐使用。对于对虾类,因两者磷源利用率的巨大差距以及严苛的尾水排放标准,使得磷酸二氢钙几乎是不二之选。
综上所述,水产饲料中为什么选择磷酸二氢钙而非磷酸氢钙,是基于化学差异特性、消化道生理差异、不同养殖品种利用率、有效磷经济成本以及环境排放的等角度综合考虑的结果。

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