В XIX веке работы по степному лесоразведению расширились. В. Я. Ломиковский (1777–1848) в течение нескольких десятилетий создает в своем небольшом хуторе Трудолюбе, вблизи Полтавы, «древопольное хозяйство», в котором было разведено много ценных пород деревьев, включая плодовые и даже грецкий орех. В Трудолюбе посадки леса чередовались с полями и лугами. Древопольное хозяйство «есть и самое привлекательное и самое близкое к природе, потому что здесь человек, засевая землю насущным хлебом, на одном и том же месте извлекает сугубые пользы и от дерев лесных и плодоносящих, так, чтоб зернистые классы и цветные травы могли в свое время озлащаться теплым светом солнечным, а порой прикрываться прохладною тенью дерев, умножающих серебристую росу и охраняющих влаги от преждевременного высыхания», — писал в 1837 году Ломиковский в своей книге «Разведение леса в сельце Трудолюбе».

В сухих и тогда почти безлесных окрестностях Одессы Виктор Петрович Скаржинский, затратив несколько десятков лет напряженного труда, создал к 1853 году лесные посадки до 500 десятин и развел около 300 видов разных деревьев и кустарников. И Ломиковский и Скаржинский в своих «древопольных хозяйствах» не знали губительных засух, с которыми хорошо были знакомы их соседи.

В начале сороковых годов прошлого века были начаты работы по созданию большого массива леса в Велико-Анадоле. Двадцать три года трудился над этим выдающийся русский лесничий Виктор Егорович Графф (1819–1867) и добился замечательных успехов. При открытии в 1910 году в Велико-Анадоле памятника лесничему-энтузиасту председатель научного лесного общества говорил:

— Заслуги Виктора Егоровича перед государством и обществом весьма велики. В то время как авторитеты Запада… отрицали возможность разведения леса в открытой, высокой степи, русский лесничий Графф доказал, что и в степи можно развести лес там, где его кет и, быть может, никогда не было… С легкой руки Граффа степное лесоразведение сделалось нашей национальной работой, работою русских лесничих, а не заимствованной с Запада, работой, которой справедливо мы можем гордиться.

О выдающихся успехах русских лесничих-практиков Костычев слышал и раньше: о них говорил Н. И. Анненков в Земледельческой школе, это была одна из любимых тем А. Ф. Рудзкого. Но одно дело — рассказы, даже самые убедительные, и совсем другое дело — личный опыт, свои наблюдения. От северных границ черноземного пояса до берегов Черного и Азовского морей, от Днестра до Урала — на всем этом громадном пространстве наблюдает Костычев год за годом степные леса — естественные и созданные руками человека. Ученый приходит к твердому убеждению, что почвенные и климатические условия степей не препятствуют росту и развитию лесов, но одновременно он видит, что для научного изучения этого вопроса сделано еще очень мало.

Летом 1885 года Министерство государственных имуществ командировало Костычева в южные лесничества для исследования на месте почвенных условий степного лесоразведения. С большой радостью взялся ученый за новое дело. «К счастью, я сам имел возможность видеть летом этого года Велико-Анадольское и Бердянское лесничества», говорил он по возвращении в Петербург.

Это лето оказалось тяжелым для южной России, но благоприятствовало тем исследованиям, которые собирался провести Костычев. Начиная с ранней весны и до июля, совершенно не выпадало дождей, стояли небывалые, даже в этой южной местности, жары. Травяная растительность вся выгорела. Кормов не было, и скоту давали прошлогоднюю солому.

«Степи, — замечал Костычев, — были буквально выжжены солнцем и представляли только жалкие остатки желтых сухих стеблей; при прохождении скота… с них поднимались густые облака пыли». Первый раз ученый наблюдал такую сильную засуху — она отозвалась на всем: на пастбищах и сенокосах, на посевах хлебов, даже на здоровье людей, которые с трудом переносили чудовищную жару. И только древесная растительность, казалось, совсем не страдала от засухи. «Замечательно, — писал Костычев, — что даже в такое лето я везде находил деревья совершенно свежими и зелеными, как в естественных лесах (близ Курска и Белгорода), так и в искусственных насаждениях вдоль железных дорог и в обоих упомянутых казенных лесничествах». Все наблюдения приводили к тому выводу, что «древесная растительность может переносить сильные и продолжительные засухи несравненно лучше травянистой растительности».

Правда, в степных лесничествах рост леса не на всех участках был одинаковым. Лесничие много спорили о причинах этого, но никто из них не занялся изучением почвы и корневых систем деревьев. За это взялся Костычев.

Оказалось, что, несмотря на засуху, даже посадки этого года находились в хорошем состоянии. Внутри леса воздух был совершенно недвижим, удушливая жара действовала угнетающе, но Костычев, превозмогая ее, неутомимо раскапывал корни деревьев разного возраста. Деревья здесь обычно сажали на глубину 4 вершков. Саженцы этого года, в связи с засухой, совсем почти не выросли в течение трех месяцев, но и не засохли, а остались совершенно свежими.

«Раскапывание земли около них, — записал Костычев в путевом дневнике, — показало мне, что вся жизнедеятельность молодых деревцов направлена была к образованию обильных и глубоких корней. Раскапывая землю до глубины аршина и несколько глубже, я находил, что ясени, дубки, берест и вяз пустили корни в плотную, не тронутую плугом землю, до значительной глубины, что конца корней на глубине аршина я найти не мог; толщина оторванных на этой глубине корней показывает, что они, по крайней мере, до 1/2 аршина, а может быть, и на целый аршин еще глубже идут в землю».

В верхнем сухом слое почвы новых корней совсем не образовалось, а развились только корни, идущие глубже. Осмотрев более старые — двухлетние и трехлетние, а также совсем взрослые — посадки, ученый убедился, что здесь сильные побочные корни находятся и у самой поверхности почвы. Он не сомневался, что и у посадок 1885 года корни разовьются и в верхних слоях, когда они будут более влажными, и тогда деревья смогут использовать плодородие этих поверхностных горизонтов почвы. Костычева поражала исключительная активность корней молодых деревьев: «…молодые деревца, — говорил он, — беспрепятственно пронизывают корнями даже очень плотные, глубокие слои очень тяжелого (как в Велико-Анадольском лесничестве) чернозема». Это было очень важно, так как многие считали, что лес в степи можно успешно вырастить только на легкой — песчаной или супесчаной — почве. Поэтому еще при подыскании места под опытное лесничество Графф стремился выбрать участок с глинистой почвой, чтобы доказать возможность разведения леса в самых, казалось бы, трудных условиях. Между реками Днепром и Кальмиусом был выбран высокий водораздельный массив, представлявший «наиболее трудностей для облесения не только своим безводием и открытым возвышенным положением, но своею тяжелою глинистою почвою».