Внимательное изучение почв крымских виноградников, анализы этик почв в лаборатории позволили ему дать первое почвенное описание южного берега. Большая часть почв образовалась здесь, как установил Костычев, в результате разрушения или выветривания шифера — глинистого сланца, возникшего в юрский геологический период{Юрский период, или юра, — один из периодов мезозойской эры.}. Под виноградники разрабатывался иногда плотный, еще не выветрившийся шифер. При этом проводился плантаж, то-есть глубокая обработка и разрыхление породы. Образующаяся после этого почва была каменистой и состояла из плотных кусков шифера «величиною от ореха до кулака и более». Куски эти на воздухе быстро распадались и образовывали плотную суглинистую шиферную почву. Судя по рассказам местных виноградарей, почва эта оказывалась очень бедной питательными веществами. Лабораторные анализы подтвердили это: в шиферных почвах содержалось не более одного процента перегноя, да и то только в самом верхнем слое, очень мало азота, совсем не было извести, но при выветривании сланца образовывались свободные окиси железа. Поэтому имеющаяся здесь фосфорная кислота находилась в виде железистой соли, почти бесполезной для растений. По» плодородию и некоторым химическим свойствам эти почвы походили на подзолы.
Костычев рекомендовал для улучшения шиферных почв проводить их известкование, особенно при производстве плантажа, удобрять их навозом и минеральными азотистыми веществами. Мысль о применении извести родилась у него из таких наблюдений. Он заметил, что на южном берегу Крыма, помимо шифера, во многих местах встречались известняки; при их выветривании образовывался суглинок с известью; иногда он сносился с более высоких мест вниз и примешивался к шиферным почвам. От этого они делались значительно плодороднее и содержали больше усвояемого фосфора. Так почему же этот процесс, происходящий в природе, не воспроизвести искусственно? Ясно, что известкование чисто шиферных почв будет полезным, но только надо «поставить на разных виноградниках опыты и выяснить, в каком количестве следует вносить известь в почву. Известкование, говорил Костычев, несомненно, полезно и на вкус вина никакого вредного влияния не окажет. Ученый также советовал испытать фосфорные удобрения.
Он изучил цифры урожайности крымских виноградников и пришел к выводу, что здесь далеко не используются даже те небольшие запасы питательных веществ, которые имеются в почве. Причиной низких урожаев являлся недостаток влаги, о ее сохранении и пополнении никто не заботился. Костычев указывал: