Во времена Костычева Велико-Анадольское лесничество имело уже пять больших массивов искусственно разведенного леса. Все они занимали площадь около 3 тысяч десятин. Это был подлинный эксперимент в природе, и эксперимент громадного масштаба. У всех побывавших здесь Велико-Анадольский лес вызывал чувство изумления и восхищения. Костычев считал счастьем возможность побывать здесь. М. К. Турский, посетивший опытное лесничество за год до Костычева, писал: «Обозревая самые старшие участки, на вид совершенно здоровые, тенистые, прохладные, с полными, свежими стволами, годные уже на местные постройки, преклоняешься пред силою человеческого разума и настойчивости, которые отвоевали в степи место и заселили в нем лес. Этот лес надолго останется памятником той смелости и той уверенности и любви, с которыми впервые взялись за облесение степей. Да, нужно было много любви, чтобы довести до конца это дело! Рассказывают, что Графф, уезжая на должность профессора, обнимал выращенные им деревья, прощаясь с ними, как с детьми своих многолетних забот и волнений…» Известный лесовод Ф. К. Арнольд (1819–1902), заслуживший прозвище «дедушки русского лесоводства», ссылаясь на опыт прежде всего Велико-Анадольского лесничества, утверждал: «Успех культурных работ настолько хорош, что лучшего и желать невозможно».

Костычев, объяснивший научно успешность выращивания лесных пород в степи, исходя из их биологической способности быстро развивать глубокие корни, и не менее других восторгавшийся лесом, никак, однако, не мог согласиться с тем, что «лучшего и желать невозможно». Своим острым умом он уже понимал важность степного лесоразведения для России, но он видел, что многие вопросы здесь еще не решены. Ведь для выращивания 3 тысяч десятин Велико-Анадольского леса потребовалось более 40 лет; стоимость каждой десятины лесных культур была высока — русскому крестьянину явно не по карману; кое-где посадки все-таки пропадали и в молодом и в более зрелом возрасте; в лесу было очень мало дуба и других ценных пород, преобладали быстро растущие, но сравнительно малоценные и недолговечные ильмовые деревья. Все это нуждалось в полном изменении.

Прежде всего Костычев стремится выяснить, почему в некоторых местах посадки пропадали. Кое-кто считал, что это вызывается свойствами почвы, обилием в ней солей, вредных для деревьев. Костычев, изучая почвы разных лесных участков, опровергает это мнение, «…если принять во внимание, — говорил он, — что дождевая и снеговая вода, растворяя соль, уносит ее в нижние слои, в глубь почвы, то можно усомниться, чтобы солонцы{Под «солонцами» Костычев понимал всякое вообще значительное засоление почвы.} могли обнаружить вредное влияние на древесную растительность». Он заметил и в Велико-Анадоле, и в Бердянском лесничестве, и во многих других местах, что лесные посадки страдают только от соседства трав. Если под лес отводили бывшую целину, то на ней после распашки не было травяных растений с сильно развитой корневой системой, мало наблюдалось и бурьянов. Здесь быстро и дружно вырастали деревья, и под их тенистым пологом сорные травы не могли уже развиваться, хотя их семена со временем и заносились на эти места. Но там, где деревья были посажены на больших расстояниях друг от друга или посадки состояли из пород, дающих мало тени, буйно разрастались костер, пырей и другие травы, отнимали у деревьев влагу и постепенно заглушали их. Так же обстояло дело и на тех участках, где не проводилась борьба с сорняками.

Наблюдения в степных лесничествах привели Костычева к заключению, что «конкуренция травянистой растительности есть единственное препятствие произрастанию леса в степях». Конечно, в этом утверждении проявилась увлекающаяся натура Костычева: засоленность некоторых почв нашей степной полосы и недостаток влаги также в значительной степени затрудняют степное лесоразведение, но главное препятствие им было, несомненно, найдено. Это явилось новым и важным открытием, сыгравшим большую роль в теоретическом обосновании приемов выращивания леса. Но многие вопросы после поездки 1885 года так и остались невыясненными.

В 1887 году Костычев вновь посетил Бердянское и Велико-Анадольское лесничества, а главное, побывал в Донской области, где талантливый лесничий-практик Ф. Ф. Тихонов на казачьих землях успешно разводил лес такими способами, которые не применялись в казенных лесничествах. Ф. Ф. Тихонов практиковал более густые посадки: на каждую десятину он высаживал около 17 тысяч деревьев, тогда как в Велико-Анадоле это число было значительно меньше. Поэтому в донских лесничествах деревья быстрее смыкались и хорошо заглушали травы. Число прополок уже на второй и третий год сильно сокращалось, что удешевляло работы по выращиванию леса. Густые древостой в дальнейшем прореживались с помощью так называемых проходных рубок. Костычев, всегда принимавший во внимание экономическую сторону любого агротехнического или лесоводственного приема, подчеркивал, что эти проходные рубки не только содействуют правильному развитию посадок, но и «в донских лесничествах дают хороший доход — до 25 рублей с десятины б двенадцатилетнем возрасте насаждений».

Ф. Ф. Тихонов считал главной породой не ильм, тополь или ясень, как это делали многие, а дуб. Это очень пришлось по душе Костычеву: «…дуб действительно есть та порода, от которой всего вернее можно получить дорогие насаждения… Состояние дуба в искусственно выращенных насаждениях должно составлять предмет постоянной и главной заботы лесничего несомненно».

В донских лесах умело были использованы биологические взаимоотношения различных пород деревьев. Быстро растущие ясени и клены высаживались здесь совместно с дубом для защиты его в молодом возрасте и «для подгона»; потом этот «подгон» безжалостно вырубался, и дубы, обладающие уже к этому времени хорошо развитой корневой системой, вольно разрастались на просторе. Технические лесоводственные приемы Тихонова Костычев теоретически объяснил и осмыслил. Но одновременно он заметил, что в донских лесничествах под посадки чаще всего отводили свежие нови с хорошей структурой и почти свободные от корневищных злаков. Это, конечно, несколько облегчало работу Тихонова.

Костычев объезжал с Тихоновым донские степи в июне 1887 года, а в июле в Екатеринославе (ныне Днепропетровск) происходил съезд лесничих Таврической и Екатеринославской губерний. Здесь развернулась дискуссия о преимуществах казенных и донских посадок. Лесничие-практики в своих речах сообщали много интересного, каждый защищал свою точку зрения, и договориться спорящим было очень трудно, так как существующие приемы лесоразведения научно никем не объяснялись. Костычев приехал на съезд и в своих выступлениях по-новому осветил многие вопросы. Он доказал тем, кто сомневался вообще в возможности широкого развития посадок леса в степях, что причина отсутствия здесь природных лесов состоит «…не в климате, не в слишком коротком растительном периоде… а просто в том, что конкуренция дикой растительности не допускает распространения лесов». А раз это так, то и в искусственных лесных посадках надо обеспечить прежде всего устранение конкуренции степных трав. Это можно делать с помощью частых прополок, но это удорожает дело. Поэтому надо сажать древесные породы с таким расчетом, чтобы они сами подавляли развитие опасных для них трав. Однако на первых порах молодым деревьям надо помогать.

Ученый намечал такую систему ухода за искусственными лесными насаждениями: распашка, боронование, посадка, пятикратная очистка от травы в первом году, трехкратная — во втором и двукратная — в третьем году.

«На четвертом году, — говорил Костычев, — молодые деревца смыкаются вершинами, и тогда им уже не страшна более конкуренция диких растений; существование леса на данном месте является обеспеченным навсегда».

В краткой и убедительной форме ученый обобщил все то ценное, прогрессивное, что он наблюдал в пестрой и несогласованной практической работе деятелей степного лесоразведения в разных местах.