В своем трактате «Об удобрении земель», напечатанном в 1770 году, Болотов высказал в достаточно ясной и определенной форме минеральную теорию питания растений, противопоставляя ее идеалистической «теории» голландского естествоиспытателя Ван-Гельмонта (1577–1644) о водном питании растений. «Многие того мнения, — указывал Болотов, — что земля не что иное, как сосуд, в котором пища произрастений содержится; а питаются они единою водою, или сыростью, и сие мнение стараются доказать они некоторыми опытами г. Гельмонта».
Болотов критикует эти виталистические представления. При сжигании растений, говорит он, остается зола, содержащая различные минеральные вещества. Откуда они берутся? Не образуются же они из воды? Конечно, нет, отвечает Болотов. Пища растений «состоит в воде и некоторых особливых земляных или паче минеральных частичках; следовательно, надобно в той земле сим вещам в довольном количестве находиться». В начале сороковых годов XIX столетия Либих пришел к подобным же выводам и немало сделал для строго научного обоснования минеральной теории.
Условия питания растений различными минеральными элементами почти до самого конца шестидесятых годов прошлого столетия изучались с помощью так называемых водных культур. При этом подопытные растения выращивались не в почве, а прямо в сосудах с водой, в которую в определенных количествах и соотношениях добавлялись разные питательные соли. Этот метод удовлетворял многих последователей Либиха; Людоговскому он тоже казался безупречным.
Однако студент Костычев отнесся к водным культурам совсем иначе: он видел их преимущества, но одновременно сознавал, что метод выращивания растений в водных растворах слишком далек от того, с чем мы имеем дело в природе и 6 сельскохозяйственной практике. При опытах с водными культурами игнорировали почву, а Костычев уверен был в том, что урожаи всех растений во многом зависят от свойств почвы и ее обработки, и часто возражал профессору, отстаивая свою точку зрения в вопросе о водных культурах. Для подтверждения правильности своих взглядов он начинает усиленно искать в литературе такие материалы, которые совершенно точно доказали бы недостаточность метода водных культур. И Костычев нашел такие материалы.
Довольно известный немецкий физиолог и агрохимик Гельригель (1831–1895) начал в это время свои опыты по выращиванию растений в горшках с прокаленным песком, в который также добавлялись вода и соли. Эти опыты очень заинтересовали Костычева, и он делает из них такие выводы, до которых еще не дошел Гельригель. Новый метод и свои мысли о нем Костычев хочет сделать всеобщим достоянием. Он пишет небольшую статью «Исследования Гельригеля над произрастанием хлебных растений».