И в Орловской губернии и в Воронежской Костычев брал образцы кострового сена с разных участков для того, чтобы с помощью лабораторных анализов определить питательное достоинство костра, сравнить его с другими кормовыми травами.
Костычев почти ежегодно путешествовал по русским черноземным степям: каждый раз перед ним стояли все новые и новые научные и практические задачи, но он упорно продолжал собирать разные сведения о кормовых травах. Не забыл он и о костре, Наблюдения ученого охватили огромный район — от Днепра до Урала; везде здесь встречались естественные заросли костра на разных почвах, иногда удавалось найти и участки, искусственно засеянные этой травой. Были собраны богатейшие материалы о том, какие укосы дает костер в разных условиях, сколько нужно семян для посева, как нужно ухаживать за этой культурой. Через несколько лет ученый мог уже в обобщенном виде сказать об отношении костра к условиям среды: «…относительно почвы костер не разборчив; при произрастании в степных местностях на залогах он поселяется и на плотной глинистой почве, и на почве, содержащей значительное количество песку; на местах низменных с почвою влажною (например, на заливных лугах по Волге и Уралу) и на значительных возвышенностях с сухою почвою, очень хорошо вынося даже продолжительные засухи, что… замечено и в Венгрии».
Замечательные наблюдения Костычева над костром составляли, однако, мельчайшую долю тех исследований, которые провел он в степях уже в первые годы своих странствований по ним. Он установил, что степная растительность очень изменчива: в один год степь выглядит так, а в другой — совсем иначе, и зависит это от крайнего непостоянства степного климата. В 1881 году, когда Костычев впервые попал в степь, она выглядела исключительно красочно. Между дерновинками степных злаков обильно цвели клевер, шалфей, васильки, разные виды астрагалов. «Эти травы значительно увеличивают массу сена, получаемого с степных сенокосов», — отмечал Костычев. Местные крестьяне предупреждали его, однако, что такая картина наблюдается редко.
— Вот приедешь на тот год, ничего, кроме ковыля да метлички, не увидишь, — говорили они.
И Костычев решил во что бы то ни стало еще раз посетить те же самые степи и в 1882 году. Это ему удалось, и он мог наблюдать поразительную перемену, происшедшую в степи; казалось, что он попал совсем в другой край. Отправляясь по утрам в поле, Костычев отыскивал глазами курганы, которые там и сям были разбросаны по ровной степи. Он подымался на ближайший курган и долго осматривал открывавшийся вокруг широкий простор. Но он не видел ни одного яркого пятна: до самого горизонта расстилалась монотонная серая степь. «Я наблюдал степь в 1881 и в 1882 годах, — говорил Костычев, — первый из них был очень благоприятен для произрастания степных и луговых растений; второй, напротив, был одним из самых дурных в этом отношении. Соответственно этому характер степной растительности в оба года был совершенно различен». Костычев увидел, что в сухие годы в степях, кроме злаковых трав, ничего не растет и ко времени сенокоса степь приобретает «печальный, бледнозеленый однообразный цвет». Но в сухие годы изменялся не только внешний вид степной растительности; более важным являлось сильное уменьшение укосов сена. Если в хорошие годы можно собирать на степных сенокосах до 60 пудов сена с десятины, то в плохие годы не собирали и 20 пудов. А так как засушливые годы участились, то и неудивительно, что конные заводы получали вое меньше и меньше степного сена. Вот одна из причин ухудшения кормовой базы коневодства.