***
Во время своих путешествий по степям Костычев наибольшее внимание уделял исследованию чернозема. О происхождении этой почвы было высказано множество гипотез: одни уверяли, что это отложение морского ила; другие рассматривали чернозем как остатки бывших некогда болот. Предлагались и другие, совсем уж невероятные гипотезы.
Известный ботаник академик Ф. И. Рупрехт (1814–1870), а особенно В. В. Докучаев твердо установили, что чернозем — это «растительно-наземная почва»; образовался он на суше в степных условиях под воздействием растущих в степи трав. К этому взгляду примкнул и Костычев, который был уверен, что «чернозем образовался на месте его нахождения при посредстве таких же растений, которые на нем растут и до сих пор, и притом при всех условиях, сходных с теми, какие господствуют и в настоящее время». Иначе говоря, процесс образования чернозема идет и сейчас. Но это все же представляло собой лишь общее решение вопроса о происхождении чернозема, многое в этой важнейшей проблеме представлялось неясным.
Выполняя анализы для Докучаева, Костычев увидел, что русские черноземы содержат очень много перегноя: в самом верхнем слое до 10, а иногда и до 15 процентов. Перегной проникал и в более глубокие слои почвы, и на глубине аршина (71 см) в черноземе нередко бывало еще 2–3 процента перегноя. Получалось, что на одной десятине в метровом слое чернозема скапливалось более 40 тысяч пудов перегноя. Откуда взялось — такое огромное количество перегноя, а главное, как он попал в глубокие слои почвы?
Ф. И. Рупрехт полагал вначале, что чернозем образовался исключительно в результате просачивания в почву мелких твердых частиц перегноя. Потом Рупрехт, а вслед за ним и Докучаев пришли к мысли, что наряду с просачиванием перегноя его накопление в нижних слоях почвы происходит и от перегнивания растительных корней.
Костычев сначала сам, а потом с помощью студента Лесного института Николаева поставил лабораторные опыты по просачиванию мелких твердых частиц перегноя в почву. Опыты дали отрицательные результаты. Еще при проверке теории Грандо Костычев высказал предположение, что в некоторых количествах органические вещества в почвах «могут просачиваться вниз в виде раствора при посредстве солей аммиака, растворяющих перегнойные вещества».
В скором времени Костычев убедился в ошибочности этого взгляда, особенно по отношению к черноземам, в которых обычно в глубоких слоях содержится много известковых солей. Соли эти, реагируя с аммиаком, будут препятствовать растворению перегноя. Кроме того, в» нижних слоях черноземных почв аммиака содержится очень мало.