Расширение лаборатории требовало увеличения штата. Энгельгардт усиленно добивался этого. Наконец его старания увенчались успехом. В 1868 году лаборант Лачинов назначается помощником профессора химии, а «студент Костычев был определен по вольному найму исправляющим должность лаборанта».

У лаборанта «по вольному найму» работы было много, но это была любимая, желанная работа, о которой давно мечтал Костычев. Что же касается жалованья, то его хватало на оплату маленькой комнаты и на пропитание. Можно было отказаться от репетиторства и целиком отдаться науке и исследованиям в лаборатории.

Что же это были за исследования? Энгельгардт не мыслил себе такой работы, которая приносила бы пользу только науке. Исследования ученого должны быть полезными народу, улучшающими его жизнь, облегчающими тяжелый труд. Примыкая к левому, наиболее революционному крылу народничества, Энгельгардт стремился и свои научные труды поставить на благо народа.

— Вы в бога верите? — спросил он однажды Костычева.

— Да что вы, Александр Николаевич! Это химику, по-моему, совсем не пристало, — смело ответил Костычев.

— Так-то оно так. А вот, знаете, есть студент по фамилии Шат, несимпатичная такая личность. Я к нему с таким же вопросом обратился, а он мне совершенно серьезно: «»Верую, верую, господин профессор, и не только верую, но и всечасно благословляю его десницу, приведшую меня на сию стезю». А «сия стезя» — это, надо полагать, сия лаборатория.

— Да, Шат с нашим институтским батюшкой очень дружен, так и вертится вокруг него, — отвечал Костычев, не любивший, подобно большинству студентов, ханжу и завзятого монархиста Шата.

— С батюшкой дружен — это еще полбеды. А вот с полицией он еще больше дружен. Об этом подумайте, да и другие студенты пусть подумают, — закончил Энгельгардт, понижая голос. Но через минуту он уже смеялся и с удовольствием рассказывал Костычеву о том, что у крестьян Смоленской губернии, откуда происходил Энгельгардт, есть такая пословица: «Вози навоз, не ленись, хоть богу не молись».

— Вы это поймете, вы не Шат, да вот беда: ленись не ленись, а навоза у мужика мало. Одна лошадь да коровенка, а то и этого нет. Какой уж тут навоз? Почва ведь в северных наших губерниях все больше подзолы, нуждается в удобрениях, а навоза нет. Фосфоритов же везде много, надо их изучить, показать мужику, как обращаться с ними, под какие культуры вносить и сколько. Это наша задача — задача ученых.

В разработке научных основ удобрения русских почв, во внедрении этих основ в широкую практику сельского хозяйства, прежде всего на крестьянские поля — вот в чем видел Энгельгардт одну из главных задач химии и агрономии. К этой задаче он подходил широко, по-государственному: и как ученый и как патриот.

«Ежедневно к портам и большим городам, — писал он, — приходят огромные массы зернового хлеба, масличных семян, поташа, жмыха, костей скота, леса, дров, сена, овощей, с которыми из всех концов России свозятся почвенные частицы, — иное идет за границу, другое потребляется в городах. Но почвенные частицы, раз вывезенные из сел и деревень, уже никогда не возвращаются домой, а остаются в городах или идут за границу. Что дают нам города за наши сельские продукты? — бумажные деньги, часть которых мы возвращаем назад в виде податей и разных налогов, а другую часть отдаем за фабричные произведения, не приносящие нам обратно никаких почвенных частиц… Удивительно ли, что при таком порядке вещей поля наши, ив которых десятки лет вывозились почвенные частицы, наконец так оскудели, что не дают урожаев без сильного удобрения, а взять этого удобрения нам негде, потому что и на лугах, вследствие постоянного вывоза с них почвенных частиц на поля, травы выродились. Что же делать? Откуда добывать необходимые для удобрения наших полей и лугов вещества?»

Энгельгардт откровенно сознавался своим ученикам, что он и сам еще не знает, что делать. Но он был уверен, что минеральным удобрениям суждено сыграть здесь немалую роль. Горячий пропагандист использования на удобрение русских фосфоритов, Энгельгардт встречал скептическое отношение к своим предложениям со стороны чиновников Министерства государственных имуществ, которое ведало тогда сельским хозяйством, да и многие реакционные ученые не верили в русские фосфориты. Они говорили, что наши фосфориты содержат будто бы мало фосфора, и потому их будет невыгодно перерабатывать на удобрение. «Вот французские фосфориты — другое дело», — твердили они.

В числе студентов Земледельческого института был А. С. Ермолов, происходивший из богатой помещичьей семьи. Он тоже интересовался химией и посещал лабораторию Энгельгардта. Профессор уговорил Ермолова поехать во Францию и привезти оттуда образцы фосфоритов, используемых на удобрение.

Спустя некоторое время в химическую лабораторию было доставлено четыре образца «муки» из кругляков фосфорита, изготовляемой во Франции в районе Арденн и считавшейся самой лучшей. Однако во французской научной литературе Ермолов не нашел цифр, которые показывали бы, сколько же чистой фосфорной кислоты содержится в этой «лучшей муке». Пришлось эти цифры получить в Петербурге. Делать анализы Энгельгардт поручил Костычеву.

Еще до того, как французская «мука» поступила в лабораторию, Костычев и его товарищи, студенты Малышев и Маркграф, провели анализы фосфорита, или, как любил выражаться Энгельгардт, «саморода», собранного в разных губерниях России. В фосфоритах Дмитровского уезда Московской губернии содержалось 16–17 процентов фосфорной кислоты, Курской губернии — 14–15 процентов, Нижегородской — 21 процент, а один образец саморода из этой губернии на 27,5 процента состоял из фосфорной кислоты.

«Какие же цифры дадут французские фосфориты?» — вот вопрос, который занимал Энгельгардта, Костычева, всех работающих в лаборатории.

Результаты анализов оказались совершенно неожиданными: французские фосфориты содержали всего лишь от И до 17 процентов фосфорной кислоты. Товарищи сомневались в точности работы Костычева.

— Не попутали ли вы что-нибудь? — спросил и Энгельгардт.

Костычев был уверен в абсолютной точности своих цифр. Но, понимая, какое они имеют значение для пропаганды русских фосфоритов, он со всей тщательностью повторил анализы. Получились те же самые цифры.

Анализы Костычева были опубликованы в одной из книжек журнала «Сельское хозяйство и лесоводство» за 1868 год. «Из этих анализов, — писал Энгельгардт, — видно, что во Франции перетираются в муку кругляки Фосфорнокислой извести, которые содержат даже менее фосфорной кислоты, чем наши самороды». Таким образом, было доказано превосходство наших фосфоритов над французскими. Честь этого открытия принадлежала Энгельгардту, Костычеву и Ермолову.

Однако Костычева полученные результаты не удовлетворили. Отечественные фосфориты оказались лучше заграничных, но все же при размоле самородов в удобрительную муку последняя будет содержать много балласта. Надо повысить содержание фосфора в муке, обогатить ее фосфором, тогда получится более концентрированное, более выгодное удобрение. Опыты по обогащению муки фосфором Костычев проводит уже по своему почину.

Он заметил, что при толчении кругляков в ступке они распадаются на довольно грубый песок, более мелкий песок и тонкую мучнистую массу, которая, повидимому, и является цементом, скрепляющим песок и создающим эти крупные кругляки. Одинаковое ли количество фосфора содержат эти составные части кругляков?

Костычев взял для опытов самородные кругляки из деревни Сещи Рославльского уезда Смоленской губернии, которые содержали 17 процентов фосфорной кислоты. 80 граммов муки, полученной из сещинских фосфоритов, он подверг отмучиванию в воде в специальном аппарате Нобеля: тяжелые частицы песка быстро падали на дно аппарата, а остальная жидкость сливалась в следующий сосуд, потом таким же образом отделялся самый мелкий песок, в конце концов в воде оставалась одна «тончайшая отмуть», которая прошла все сосуды аппарата. Вода с этой «отмутью» подвергалась выпариванию. Так была получена самая тонкая часть фосфоритов в твердом состоянии.