Круговорот питательных веществ в природе при разном сочетании внешних условий, этот важнейший вопрос агробиологии и биологии вообще, рано привлек внимание Костычева, и в этом надо видеть одну из больших его заслуг перед наукой.
Главнейшие элементы, которыми питаются растения, особенно углерод и фосфор, присутствуют в природе в очень малых количествах. Поэтому успешное развитие живых организмов может основываться только на энергичном круговороте этих веществ в природе. Земледелие есть искусство обеспечивать растительным организмам наилучшие условия развития для получения больших урожаев. Поэтому научное земледелие обязано заботиться об усилении круговорота дефицитных питательных веществ. Они должны энергично вовлекаться в процессы создания нового живого вещества, но они должны так же энергично «освобождаться» вновь при разрушении этою вещества, то-есть при использовании его человеком. Каждая система земледелия есть поэтому лучший или худший метод воздействия человека на этот биологический круговорот. Значит, создавая систему земледелия, человек может активно изменять характер и темп круговорота питательных веществ.
Когда заметка Костычева была напечатана, многие поздравляли его с «ловкой» рецензией, но нашлись и «критики», которые рассуждали так:
— Критиковать легко. Предложения Советова не все подходят. А где же ваши собственные предложения? Что вы можете противопоставить советовской точке зрения?
Можно думать, что и сам Костычев не был вполне доволен своей рецензией. В дополнение к ней он пишет статью «Трехпольное хозяйство, плодосмен и искусственные удобрения», которая также появилась в «Земледельческой газете».
Используя имевшиеся в его распоряжении анализы почв и растений, молодой ученый приходит к теоретическим выводам, имеющим известное значение и для практики сельского хозяйства, особенно в нечерноземной полосе.
При трехпольной системе, «если она поддерживается сама собою, возврат питательных веществ не соответствует истощению; при ней сильно истощаются луга, пустеет много земли». Так как хлебные однолетние злаки имеют преимущественно неглубокую корневую систему, при трехполье «эксплуатируется только верхний слой почвы, и вследствие всего этого получается мало продуктов».
Плодосмен, включающий возделывание кормовых трав с более глубокой и развитой корневой системой, «вводит в круговорот большую массу питательных веществ почвы». Поэтому и урожаи при введении плодосмена растут. Но питательных веществ в подвижных формах в почве все же может не хватить, особенно если хотят получать устойчивые, а тем более все возрастающие урожаи. Тут на помощь должны прийти искусственные удобрения. Они, по Костычеву, «есть непременный член хозяйства; без них оно не может обойтись, если хочет быть рациональным».