通过手口行为无意的摄入土壤是人体(特别是儿童)重金属暴露的重要途径。用土壤中重金属的总量进行风险评估往往会高估其风险。为修正土壤中重金属的暴露风险,需要对其生物有效性进行研究。动物活体实验(in vivo assays)常用来研究重金属相对生物有效性(relative bioavailability,RBA)。基于与动物实验测定结果的相关性,快速、经济的体外方法(in vitro assays)得以发明。幼猪和小鼠是两种常用的动物模型。对比于幼猪,小鼠实验在经济性和操作性方面有着明显优势,但是通过小鼠单剂量暴露测定的RBA稳定性较差,难以达到推荐的标准(RSD<20%)。因此,为了得到稳健性的结果,需要对其进行优化。本研究对不同体外方法的差异性进行了探讨,并通过改变暴露方式选取适合的生物靶器官对小鼠活体实验进行了优化,通过体外体外结果相关分析,评价了体外方法预测原始土壤和加磷修复土壤中重金属RBA的适用性。主要研究结果如下:1.使用SBRC、PBET、IVG和UBM四种体外方法测定了 11个污染土壤中As的生物可利用性。研究发现,随着胃相pH的升高,四种方法胃相中的As生物可利用性整体上逐渐降低。与胃相相比,肠相中As的生物可利用性有降低的趋势。使用改进的连续提取方法测定的As形态数据表明,11个土壤中As主要分布于无定形Fe/Al(AF3)和晶型Fe/Al结合态(CF4)中,非专性吸附态(NS1)、专性吸附态(SS2)和残渣态(RS5)分布较少。As生物可利用性与其形态的相关分析表明,PBET方法中生物可利用性的砷主要来源于NS1+SS2;UBM胃相生物可利用的砷主要来源于NS1+SS2+AF3,肠相主要源于NS1+SS2;而IVG方和SBRC方法测定的生物可利用的砷与砷的形态相关较差。2.以小鼠为模式动物,对其暴露方式和生物靶器官的选择进行了改进和优化。当前研究中,采用10天稳态暴露,以肝、肾或大腿骨为生物靶器官测定了我国12个典型污染土壤中Pb RBA。当使用肝+肾+大腿骨为复合生物靶器官测定PbRBA时,提高了不同生物靶器官之间数据的一致性,并且是测定结果的相对标准偏差从11.9-15.8%降低到10.8%,得到了较稳健的结果。当前长期暴露与单次暴露小鼠血液AUC模型测定的PbRBA比较发现,二者结果没有明显差异,但是重复性明显增强。考虑到实验的经济性、易操作性及结果的可靠性,推荐使用稳态暴露以小鼠肝+肾+大腿骨为复合生物靶器官测定Pb RBA。3.使用当前优化的方法测定了土壤中CdRBA,评价了当前体外方法对我国典型Cd污染土壤中的适用性。四种体外方法(UBM、SBRC、IVG和PBET)测定结果显示,土壤中Cd的生物可利用性取决于体外方法的选择。基于本文中优化的小鼠暴露方法,以肝、肾或肝+肾作为生物靶器官测定的CdRBA比较显示,基于肝+肾复合生物靶器官测定的Cd RBA重复性较好。体外体外结果相关分析发现,PBET肠相测定的Cd生物可利用性具有预测污染土壤中CdRBA的潜力。4.本研究对小鼠的体内实验再次改进,通过多次灌胃空腹小鼠以肾为生物靶器官测定了加磷后土壤中Pb和As RBA的变化,并与体外方法结果对比,评估了常用体外方法预测加磷后土壤中Pb和AsRBA变化的能力。添加磷后,5个复合污染土壤中PbRBA显著降低。而As RBA却有不同的变化趋势,其中A、C和E的AsRBA没有显著变化,B显著降低,D显著增加。在体外方法中,磷添加,使UBM、SBRC、IVG和PBET方法中测定的Pb生物可利用性降低,而As的生物可利用性整体上增加。对比体外和体内实验评估加磷对土壤中Pb和As生物可利用性和RBA的影响发现,PBET胃相和SBRC肠相有潜力用来预测磷添加对土壤中PbRBA影响。对于As,加磷对其RBA和生物可利用性的结果影响不一致,因此当前的体外方法不适合预测加磷对土壤中RBA的影响。