Но почему же все-таки степные злаки — и прежде всего ковыль, типчак и тонконог — гораздо лучше выносят засуху, чем другие травянистые растения? Костычева сильно занимал этот вопрос. В научной литературе он не нашел на него ответа. Он знал, что эти злаки имеют узкие и жесткие листья и, очевидно, мало испаряют воды, но все-таки она им нужна и особенно во время засухи, когда усиливается испарение. Значит, особенность строения надземной части этих растений не объясняет полностью их высокую засухоустойчивость, Надо было изучить корневую систему ковыля, типчака, тонконога. Таких исследований никто еще не проводил, и лишь кое-какие наблюдения над строением корневой системы некоторых злаков провел в свое время С. П. Карельщиков с помощью Костычева. Сейчас Костычев занялся этим делом один.
Раскапывать корни было очень трудно: в почве они причудливо переплетались друг с другом, часто не удавалось решить, какому же растению принадлежит этот корень. При самой небольшой неосторожности тонкие корни легко обрывались, и все приходилось начинать сначала. Но постепенно Костычев приспособился. Прежде всего он с помощью рабочих выкапывал яму с отвесной стенкой и потом на этой ровной стенке начинал осторожно «препарировать» корни, отделять их от почвы. Потом он зарисовывал на бумаге, как идут корни у разных растений, измерял длину этих корней. Так у него собралось много наблюдений по биологии степных злаков. Он мог сделать важный вывод, что все эти степные злаки «суть растения многолетние». Каждый из них образует куст в виде широкой, плоской, круглой кочки, с весьма плотным пучком листьев; «корни их идут на значительную глубину, в виде большой густой мочки; я прослеживал их в разных местах до глубины полутора аршин. При такой глубине корней степные злаки не боятся засух, потому что пользуются влагою из большого слоя земли, и потому в их росте нельзя заметить сильной разницы в сырые и сухие годы».
Луговые растения и представители так называемого разнотравья — астрагалы, шалфей, васильки — имели совсем другую корневую систему: она не шла так глубоко, а главное, не образовывала густой мочки. Поэтому высыхание даже одного верхнего слоя почвы губительно влияло на развитие этих растений. В поймах рек, где неглубоко залегают грунтовые воды, луговые травы хорошо растут в любые годы. Это Костычев заметил еще в первые два года своих поездок по степным губерниям. «Луга приречные, — писал он, — обыкновенно не боятся и засухи, так что в в плохие годы на них трава растет не хуже, чем в хорошие годы». Но таких приречных лугов на конных заводах было мало.