К счастью для Костычева, первая весна и первое лето, когда он колесил по русским степям, были богаты дождями, и дождями разными — обложными и грозовыми. Наблюдая не раз грозу в начале мая, ученый видел, какие неукротимые потоки дождя низвергаются на землю. Но сама земля относилась к этой воде по-разному в разных местах. На целине вода впитывалась в почву; еще лучше, как губка, поглощала дождевую влагу молодая новь. Но на старых пашнях и на бурьянистых залогах наблюдалась совсем иная картина: вода здесь «не хотела» проникать в почву, застаивалась на ее поверхности, образовывала лужи, а через пять минут после начала ливня на этих местах, особенно если они располагались на склонах, уже текли бурные потоки мутной воды. А когда ливень оканчивался, страшное зрелище открывалось наблюдателю. Поверхность почвы была разъедена промоинами; овраги, которые были здесь и раньше, расширились и удлинились, огромные массы самой лучшей перегнойной почвы смылись с полей и нагромоздились в оврагах и соседних долинах.
Костычева эти грозные явления заинтересовали до чрезвычайности. К размывам почвы и оврагам он внимательно присматривался еще в детстве на карнауховских полях. «Иногда такое размывание, — вспоминал он впоследствии, — происходит с замечательной быстротой. На моих глазах в Тамбовской губернии верховье оврага шириной до 4 сажен в одну весну продвинулось дальше сажен на 6; глубина оврага во вновь образовавшейся его части была около 4½–5 сажен… Несколько лет до того и после того овраг оставался в одном положении, нисколько не увеличиваясь». Вокруг этого оврага были старые пашни. Почему же они так плохо впитывают в себя влагу? Костычев не сразу смог ответить на этот вопрос, но он решил его, наблюдая пашни разного «возраста».
Подошел к этому Костычев, казалось бы, случайно, занимаясь совсем другим делом. Он ни на минуту не забывал, что загадка быстрого ухудшения новей вовсе не решена. Действительно, почему прекрасные черноземы через пять лет их использования отказываются давать устойчивые и высокие урожаи? С этим вопросом он часто обращался к практическим знатокам степного сельского хозяйства. Ответы были разные. Одни говорили:
— За пять лет почва совершенно истощается питательными веществами — вот причина резкого падения урожаев.
Другие склонялись к иному объяснению:
— Смотрите, на свежих новях нет сорных трав, а на старой пахоте их очень много, они-то и понижают урожай хлебов.
Оба эти объяснения показались Костычеву совершенно несостоятельными.
«Что касается первой причины, — говорил он, — то я не могу придавать ей того значения, какое обыкновенно приписывается ей; чернозем не может в значительной степени истощиться в какие-нибудь четыре или пять лет. Роскошное развитие сорных растений на старой пахоте и урожаи культурных растений при благоприятной погоде показывают, что в почве, паханной пять-шесть лет, содержится вполне достаточный для роскошного развития растений запас питательных веществ».