Вольное экономическое общество, обсудив отчет Докучаева, выделило комиссию по химическому изучению собранных образцов и отпустило на эту работу 1 500 рублей. К этим химическим исследованиям был привлечен профессор Юрьевского (ныне Тартуского — Эстония) университета Карл Шмидт (1822–1894), большие работы поручались и Костычеву. Давно мечтал он именно о таком поручении.
Осенью 1878 года Костычев посетил Докучаева в геологическом кабинете университета. Все свободные места были заняты здесь мешочками с почвой. С интересом рассматривали ученые «образчики» почв, как любил выражаться Докучаев, советовались, в каких образцах провести определение перегноя и других составных частей почвы. Костычев рассказал Докучаеву о своем плане проверить еще раз теорию Грандо на этих черноземах. Из университета в Лесное полученные «образчики» пришлось везти на извозчике.
Так Докучаев и Костычев начали совместное изучение чернозема. Это было творческое содружество. Но дружбы в обычном смысле слова у них не получилось. Скорее наоборот, между двумя исследователями постепенно установились настороженные, внешне даже порой враждебные отношения. Первоначально это возникло, повидимому, по следующим причинам: Докучаев считал, что агрономы, не владея методами геологических исследований, не могут разобраться в условиях происхождения почв и их географического распространения. Костычеву же было непонятно, почему именно геолог Докучаев смело берется за такой чисто агрономический вопрос, как изучение чернозема. Характер у обоих был строптивый, решительный. В дальнейшем расхождения между двумя учеными определялись уже их разным пониманием многих очень важных вопросов почвоведения. Но это ярко проявилось только после 1882 года. Пока же Костычев с увлечением принялся за анализы докучаевских образцов.
Уже в первый год существования созданной им станции Костычев сделал много анализов перегноя в черноземах Заволжья и других районов страны. В отчете станции указывается, что он провел также 16 анализов черноземных почв «для определения в них кварцевого песку, глины и веществ, растворимых в соляной кислоте». Здесь же упоминаются 19 анализов «экстрактов, извлеченных из черноземных почв аммиачными солями для проверки теории Грандо»{ГИАЛО, фонд 994, дело И, связка 379, опись 6, лист 16.}.
Эти 19 анализов вновь показали несостоятельность многих утверждений французского ученого. Костычев имел все основания заявить, что «воззрения Грандо на сущность питания растений и на состояние питательных веществ в почвах не могут быть признаны справедливыми». Мало того, что теория Грандо оказалась фактически во многом неверной, она вообще исходила из ошибочной мысли, что односторонний химический подход к плодородию почвы может обеспечить решение этого сложного вопроса. Метод Грандо, «даже если бы он оказался надежным, — указывал Костычев, — то все равно один он не мог бы дать нам достаточных сведений о почвах… он может сделаться в крайнем случае только полезной частью полного исследования почв».