Еще в своем отчете за 1878 год Докучаев высказал, правда еще в неясной форме, свою главную мысль: чернозем и вообще всякая почва не является горной породой, а представляет собой самостоятельное новое тело природы, развивающееся по своим особым законам. Уже здесь ученый говорил о «климатических, растительных и грунтовых условиях», под влиянием совокупной деятельности которых и их различного сочетания образуются и различные типы почв: в одних условиях — «почвы северные», в других — «черноземные», в третьих — «юго-восточные — каштановые».
Сам Докучаев на свой отчет 1878 года смотрел как на предварительный, зная, что впереди предстоит еще громадный труд по обработке и систематизации всех собранных материалов и по химическому анализу образцов почв, привезенных из разных мест.
Вольное экономическое общество, обсудив отчет Докучаева, выделило комиссию по химическому изучению собранных образцов и отпустило на эту работу 1 500 рублей. К этим химическим исследованиям был привлечен профессор Юрьевского (ныне Тартуского — Эстония) университета Карл Шмидт (1822–1894), большие работы поручались и Костычеву. Давно мечтал он именно о таком поручении.
Осенью 1878 года Костычев посетил Докучаева в геологическом кабинете университета. Все свободные места были заняты здесь мешочками с почвой. С интересом рассматривали ученые «образчики» почв, как любил выражаться Докучаев, советовались, в каких образцах провести определение перегноя и других составных частей почвы. Костычев рассказал Докучаеву о своем плане проверить еще раз теорию Грандо на этих черноземах. Из университета в Лесное полученные «образчики» пришлось везти на извозчике.
Так Докучаев и Костычев начали совместное изучение чернозема. Это было творческое содружество. Но дружбы в обычном смысле слова у них не получилось. Скорее наоборот, между двумя исследователями постепенно установились настороженные, внешне даже порой враждебные отношения. Первоначально это возникло, повидимому, по следующим причинам: Докучаев считал, что агрономы, не владея методами геологических исследований, не могут разобраться в условиях происхождения почв и их географического распространения. Костычеву же было непонятно, почему именно геолог Докучаев смело берется за такой чисто агрономический вопрос, как изучение чернозема. Характер у обоих был строптивый, решительный. В дальнейшем расхождения между двумя учеными определялись уже их разным пониманием многих очень важных вопросов почвоведения. Но это ярко проявилось только после 1882 года. Пока же Костычев с увлечением принялся за анализы докучаевских образцов.
Уже в первый год существования созданной им станции Костычев сделал много анализов перегноя в черноземах Заволжья и других районов страны. В отчете станции указывается, что он провел также 16 анализов черноземных почв «для определения в них кварцевого песку, глины и веществ, растворимых в соляной кислоте». Здесь же упоминаются 19 анализов «экстрактов, извлеченных из черноземных почв аммиачными солями для проверки теории Грандо»{ГИАЛО, фонд 994, дело И, связка 379, опись 6, лист 16.}.
Эти 19 анализов вновь показали несостоятельность многих утверждений французского ученого. Костычев имел все основания заявить, что «воззрения Грандо на сущность питания растений и на состояние питательных веществ в почвах не могут быть признаны справедливыми». Мало того, что теория Грандо оказалась фактически во многом неверной, она вообще исходила из ошибочной мысли, что односторонний химический подход к плодородию почвы может обеспечить решение этого сложного вопроса. Метод Грандо, «даже если бы он оказался надежным, — указывал Костычев, — то все равно один он не мог бы дать нам достаточных сведений о почвах… он может сделаться в крайнем случае только полезной частью полного исследования почв».
Для питания растений имеют значение преимущественно лишь наиболее простые минеральные вещества. «За перегнойными же веществами относительно доставления питательных веществ растениям можно признать только роль посредника, в том смысле, что они ускоряют выветривание горных пород», — писал Костычев.
Так был разрешен один из запутанных и сложных научных вопросов. H. M. Сибирцев в своей статье о Костычеве особо отмечал, что им «были предприняты поверочные и критические исследования над органо-минеральными веществами, показавшие слабые стороны в известной теории Грандо».