Прославленный автор «Русского чернозема» был по образованию и первоначальным научным интересам геологом. Но от геологии он шел через создаваемое им почвоведение к биологии, агрономии, проблемам преобразования природы. Однако этот путь был сложным и на некоторых участках тернистым. Можно сказать, что на первых его этапах геология, с ее кругом представлений, завладела вниманием Докучаева. Для него вначале яснее была «мертвая», неорганическая природа, а не живая.
Признавая совокупное действие всех факторов почвообразования на чернозем, Докучаев вместе с тем в своем докладе на заседании Вольного экономического общества говорил:
— В основу наиболее крупных делений всякой почвенной классификации должны быть положены отношения почвы к климату и материнским породам.
Из этих слов следует, что в период завершения работы над своим трудом Докучаев еще несколько недооценивал значение биологического фактора в почвообразовании. Это ограничивало стройность и целостность созданной Докучаевым теории. Костычев, напротив, еще не сумел оценить влияние климата иа процессы образования черноземов, но ему удалось лично добыть множество ценных фактов, освещающих роль организмов — высших и низших — в почве.
Костычев, вспоминая изречение академика Ф. И. Рупрехта «Чернозем представляет вопрос ботанический», говорит:
— Это положение имеет более обширный и глубокий смысл теперь, чем имело в то время, когда было высказано. Геология, как полагал Рупрехт и что подтверждено потом исследованиями г. Докучаева, имеет второстепенное значение в вопросе о черноземе, потому что накопление органических веществ происходит в верхних слоях земли, геологически разнообразных, и чернозем является вопросом географии и физиологии высших растений и вопросом физиологии растений низших, производящих разложение органических веществ.
Костычев очень близко подошел к тому пониманию почвообразовательного процесса, которое уже в советское время было сформулировано В. Р. Вильямсом, рассматривавшим этот процесс как своеобразное единство противоположностей, а именно, синтеза органического вещества высшими зелеными растениями и разрушения его низшими растениями — бактериями и грибами. Такое представление о почвообразовании стало ясно и для Докучаева, но уже в девяностых годах прошлого столетия. Вначале же он не обратил должного внимания на эти глубокие мысли своего оппонента.
Костычев, убедительно показав, что Докучаев сильно преувеличивает возможность проникновения перегноя в глубокие слои черноземов в результате его просачивания, в противоположность этому сумел своими наблюдениями подкрепить мысль о влиянии корней травянистых растений на накопление гумуса в почве. Тут Костычев был во всеоружии и бил своего научного противника фактами и цифрами, из которых большинство было получено в лаборатории Лесного института. Не всем этим фактам и цифрам Докучаев сразу же придал то значение, которое они в действительности имели.
Он только впоследствии оценил по достоинству соображения своего научного противника и достаточно полно использовал — в своих трудах наблюдения и эксперименты Костычева по вопросу о происхождении и особенностях почвенного перегноя.
На докторском диспуте Докучаева острой критике подверглась составленная им почвенная карта черноземной области. В основу этой карты были положены цифры содержания перегноя в почвах: места с более или менее одинаковым количеством перегноя были объединены общей окраской, и так получились, по выражению Докучаева, «изогумусовые полосы».
— В настоящее время карта, составленная Докучаевым, — говорил Костычев, — не может считаться надежным руководством… Докучаев нанес на свою карту чернозем на основании 286 определений органических веществ в почвах не из одной только черноземной области; на область чернозема приходится не более 250 таких определений. Так как в области чернозема мы можем считать не менее 100 миллионов десятин, то, следовательно, карта составлена на основании определений перегноя, из которых одно приходится не менее как на 400 тысяч десятин, или почти на 4 тысячи квадратных верст!