2001年11月，国土资源部、山东省政府开始筹备山东省黄河下游流域生态地球化学调查工作。2002年11月，《山东省黄河下游流域生态地球化学调查可行性论证报告》通过中国地质调查局和山东省国土资源厅组织的专家论证。
2003年11月，中国地质调查局和山东省政府签署协议，决定共同出资开展“山东省黄河下游流域生态地球化学调查”项目。该项目由省地质调查院承担。项目工作范围为山东省北部、西北部和西部的黄河冲积平原区，包括菏泽、聊城、德州、滨州、东营、济宁、济南、淄博、潍坊、泰安10市的59个县（市、区），面积54000平方千米。工作周期2003-2006年。调查共采集土壤样品表层56700件、深层14253件，近岸海域沉积物样品表层74件、深层23件，浅层地下水样品3260件。采集小麦、玉米、水稻、大葱、冬枣等植物籽实、茎叶、根系土和蔬菜及大气干湿沉降样品1212件。采集鱼台优质稻、沾化冬枣、章丘大葱、寿光蔬菜等优质农产品生产基地土壤样品5960件，采集小清河沿岸土壤环境质量评价、黄河下游流域生态地球化学环境与地方病相关性研究、东营油气开采污染区环境状况研究等地球化学环境研究样品3900件。土壤样品分析氮、磷、钾、硒、钼、硼等农业有益元素和铅、汞、砷、镉、氟、锌、铬、铜等农业有害元素共54项元素或指标；浅层地下水样品分析氯化物、亚硝酸盐、化学耗氧量、六价铬、氟化物、铁、锰、砷、镉、汞、铅、硒等33项元素或指标。
2006年11月，中国地质调查局在济南召开会议，组织专家对山东省黄河下游流域多目标区域地球化学调查成果进行验收，被评为优秀级。
该项目全面获取山东省黄河下游流域54000平方千米范围内多介质地球化学数据。通过对土壤、浅层地下水及近岸海域沉积物等介质的地球化学调查，获取124万余个多元素地球化学测试数据，建立54项指标的环境背景值与相关特征参数值，为农业、环境保护等多领域服务奠定基础。
该项目查明土壤养分和营养微量元素的丰缺状况：土壤中全钾含量较高；全磷含量适度区占49%，略缺乏区为42%；全氮含量适度区占25%，略缺乏区占54%；有机质普遍缺乏；硼、镁、钙等有益微量元素含量丰富，铜、锰、钼等有益微量元素含量缺乏。对典型土壤营养微量元素缺乏区或丰富区开展成因分析及农业生产效应的探讨。查明土壤硒元素富集区分布在济宁-济南-章丘-邹平-桓台-寿光一带，在章丘圈出富硒土地112万亩，基本都出现在山前平原或低山丘陵区，为发展富硒优质特色农产品如大葱等提供科学依据。
该项目调查表明，山东省黄河下游流域54000平方千米的土地质量绝大多数是清洁的，其中一类土壤占92.7%，适于发展绿色食品生产；二类土壤占7.2%，三类土壤占0.1%。土壤质量总体良好。调查发现部分重金属污染较严重的土地，在济南、聊城、济宁、德州等城市及其周边出现有毒有害元素集中污染区，主要污染源来自城市燃煤、化工、工业冶金、建筑及机动车尾气。在白云湖、南四湖西侧鱼台一带土壤中发现镉、汞、铅、砷、铜、镍、锌、铬等有害元素污染，部分水稻中铅、镉含量较高，对鱼台优质大米产生潜在影响。
图3-10 2005年山东省黄河下游流域区域土壤环境质量综合分级图
该项目查明浅层地下水地球化学特征和污染现状。区内浅层地下水亚硝酸盐、氟化物、氯化物、化学耗氧量、铁、锰等多项指标超饮用水标准。调查区内有四分之一的地区氯化物超标，三分之一的地区亚硝酸盐、氟化物超标，这些物质对人体危害极大。区内除靠近南部山前地段水质较好外，其他地区的水环境质量多为较差和极差级。浅层地下水环境质量综合评价优良和良好的占8.83%，较差的占83.98%，极差的占7.19%。引起浅层地下水污染的原因主要为农业生产过量施用化肥和印染、食品加工、化工、制药工业废水排放等。
该项目通过调查济宁、菏泽地区土壤农药残留量，初步掌握土壤中六六六、DDT等有机农药含量及其区域分布特征。停用20余年的六六六、DDT在表层土壤仍有残留，检出率分别为17.1%和82.3%。调查区局部地段DDT存在新的污染源输入。
图3-11 2005年山东省黄河下游流域区域浅层地下水质量综合评价图
该项目查明第四纪地层与名特优农产品的密切关系：鲁西隆起西缘、北缘分布的第四纪大站组黄土堆积为肥城桃、平阴玫瑰、章丘大葱、昌乐西瓜、寿光蔬菜等特色优质农产品的生产基地，黄河决口扇前缘洼地形成的鱼台组棕红色粘土，是鱼台优质稻的生产基地。
根据表层土壤和深层土壤调查成果，对评价区内表层土壤与成土母质的元素依存关系进行分析，通过风化淋溶系数、铝化系数和铁化系数等研究表明：评价区内表层土壤元素中钙、镁、钾、钠等盐基元素，由于易风化淋失，在表层土壤中的含量基本与其在母质中的含量无关；难移失和较难移失的硅、铝、钒、钛、磷等元素，不论土壤的风化淋溶程度如何，它们都表现出对母质的明显继承性。
根据区域内主要河流河流水、悬浮物和底泥综合调查成果，对评价区主要河流河流水、悬浮物和底泥中的微量元素和稀土元素进行综合分析。研究成果表明，河流汇水区土壤中的异常元素主要来源于人为污染，且与土壤质地密切相关，这些异常元素在表生环境下的活化-迁移-沉淀是河流水体中异常物质的主要来源。
根据南阳湖、马踏湖调查成果，通过湖区沉积柱的系统研究，柱状沉积物中营养元素磷、碳、有机碳、氮含量具有较稳定的垂直分带，由底部向顶部含量逐渐升高，反映流域社会经济发展导致营养元素的释放量增加，造成湖泊现代沉积物中磷、碳、有机碳、氮等元素富集，对湖泊生态环境造成较大影响。湖区周围的城镇生活污水、农业退水和工业废水排放是湖区有机质和磷污染的主要来源。从20世纪80年代中期开始，磷、碳、有机碳、氮含量出现加快富集的趋势。
图3-12 2003年，省地质调查院在马踏湖边采集土壤样品
根据表层土壤有益元素有效态调查成果，对评价区表层土壤进行等级划分。从表层土壤营养元素的分级状况来看，评价区内土壤中磷、钾元素的供给水平较高，氮的供给水平偏低，土壤有机质含量也处于较低水平，土壤酸碱度以偏碱性为主。
东营油气开采污染区土壤环境状况研究表明，多数采油井附近的土壤中，饱和烃、芳烃、非烃和沥青质的含量最大值存在于采油井口处。这与油田开发过程中落油易在井口处富集的现象吻合。自井口向深部及周边，含量急剧减少，污染减轻。研究显示，采油井附近土壤中烃类含量有随时间而逐渐减弱的趋势，说明开发时间越长，烃类污染越严重。
地方病与生态地球化学环境相关性调查研究表明，浅层地下水高氟区面积16144平方千米，主要分布在菏泽、济宁、聊城、淄博等地。郓城县、嘉祥县、聊城市东昌府区、博兴县存在较严重的高氟、高碘危害，由此造成地方性氟中毒和高碘甲状腺肿流行。对区内土壤、植物、饮水中的氟、碘含量和人体尿氟、尿碘、氟斑牙检出率及甲肿率的调查研究认为地氟病与土壤和饮水中氟含量有较强的相关性，地甲病与饮水中碘含量正相关。饮水中碘含量普遍高的地区，不应再推广使用加碘食盐。
