Костычев подробно описывал сорта картофеля, наиболее пригодные для различных местностей России, говорил о приемах ухода за растениями и способах обработки и удобрения почвы, которые обеспечивали большую урожайность картофеля и его высокое качество. Ученый советовал сажать картофель на песчаных землях, а также в долинах рек, где, благодаря обилию в почве питательных веществ и влаги, будут получаться особенно высокие урожаи.

Костычев настаивал на расширении площадей под картофелем, подчеркивал, что эта культура имеет не только огромное пищевое значение, но и дает ценное сырье для промышленности и хорошие корма. Работа молодого агронома о картофеле была важным и ценным вкладом в агрономическую литературу.

В 1875 году, в связи со смертью профессора А. С. Гусаковского (1841–1875), в Земледельческом институте открылась вакансия преподавателя растениеводства. Друзья Костычева — профессор H. H. Соколов, ассистент П. А. Лачинов — добываются его назначения на эту должность. Совет института отнесся к их предложению сочувственно, новый директор — Ф. А. Постельс, сменивший Петерсона, тоже не был против. В марте 1876 года совет Земледельческого института избрал Костычева на вакантное место, а 9 апреля того же года Министерство государственных имуществ утвердило его «в должности преподавателя растениеводства… с содержанием по 1200 рублей в год»{ГИАЛО, фонд 14, дело 31441, связка 1752, опись 3, лист 7.}.

С обычной для нею энергией и настойчивостью Костычев начинает готовить курс своих лекций и практических занятий, организует кабинет растениеводства, ставит опыты. Соколов и Лачинов охотно предоставляют ему место в лаборатории, где Костычев проводит химические исследования по содержанию и поведению фосфора в почве и начинает новое большое дело по изучению химического состава и свойств почвенного перегноя.

Думая привлечь к этой работе в дальнейшем студентов, Костычев и при своем кабинете начинает создавать небольшую лабораторию.

Студенты с интересом и вниманием отнеслись к новому преподавателю. Они знали о нем как о сподвижнике Энгельгардта, слава которого с годами только возрастала. Скоро студенчество оценило Костычева и как прекрасного педагога, блестяще осведомленного в вопросах земледелия и растениеводства, страстною пропагандиста самобытных путей развития русской агрономии. Уже в первые два года своей работы в институте Костычев публикует несколько новых научных работ.

В Земледельческом институте Костычев быстро сходится с профессором Иваном Парфеньевичем Бородиным — в то время еще молодым, но уже очень разносторонним ботаником. Он продолжал то дело, которое начал в институте С. П. Карельщиков. «Бородин не только читал блестящие лекции, — вспоминал один из его учеников, — но и вел практические занятия по определению растений зимой — по засушенным гербарным экземплярам и фиксированному в спирту материалу из цветов и плодов…

Летом Иван Парфеньевич читал для широкой публики лекции и проводил экскурсии в Лесном парке; на них, как и на позднейшие его публичные лекции в Соляном городке, собиралась многочисленная и весьма разнообразная публика».

Костычев нередко бывал участником экскурсий Бородина и помогал ему давать объяснения слушателям по поводу встречающихся в парке древесных растений и условий их жизни. Лесной парк был тогда еще молодым, но чудесным. Несколько позднее на его территории был организован так называемый дендрологический сад — своеобразный живой музей древесной флоры. В выборе места для этого сада принимали участие Бородин, Костычев, профессор кафедры лесоустройства Рудзкий и другие преподаватели института.

Дендрологический сад занимал обращенный к югу пологий склон, защищенный со всех сторон от холодных северных ветров. Верхняя часть сада была сухая, а нижняя — очень мокрая, заболоченная. Средств у института было мало, и эту болотистую низину никак не удавалось осушить. Здесь пробовали высаживать самые неприхотливые деревья — ольху и белую березу, но и они не могли продержаться более двух лет.

Зато возвышенный участок сада поражал всех своим зеленым великолепием. Здесь росли прекрасные дубы, грабы, редкий в окрестностях Петербурга бук, множество хвойных деревьев, и среди них всевозможные пихты, ели, карликовый кедр. Пробовали — и не без успеха. — разводить таких «южан», как грецкий орех, айву, ломонос, плющ и даже древнее южнокитайское дерево гинкго — один из немногих живых остатков мезозойской эры.

Бородин и Костычев любили гулять здесь, обсуждая институтские дела, а чаще — разные вопросы науки, которые интересовали обоих ученых. Нередко к ним присоединялся Александр Фелицианович Рудзкий.

Новые знакомые часто собирались вечерами у Костычевых. Здесь было много разговоров о литературе и искусстве — ведь непременным участником вечеров был любимый всеми Ге. Он попрежнему писал в квартире своих друзей этюды к новым картинам, написал большой портрет Авдотьи Николаевны, держащей на руках годовалого сына Сергея{В настоящее время этот портрет хранится в Русском музее в Ленинграде.}. Все участники костычевских вечеров очень сожалели о решении художника покинуть Петербург и поселиться на Украине.

В доме Костычевых много говорили и о науке, особенно о науке русской, ее судьбах и задачах. Костычев мечтал о развитии своей русской агрономии. В этом он очень сходился с Рудзким, который горячо ратовал за русское же лесоводство. Рудзкий ловко высмеивал модные тогда немецкие гроссбухи по лесоводству. «Достоинство учебника состоит, конечно, не в размерах его, — говорил Рудзкий, — а во внутреннем содержании, и уснащение этого содержания рисунками разных диких инструментов и выводов трехаршинных формул может, пожалуй, ослепить профана, но оно лишь умаляет действительное достоинство учебника, уменьшает у многих уважение к изучаемому искусству и затемняет понимание действительного содержания его».

Семья Костычевых привлекала к себе симпатии очень многих соприкасавшихся с ними лиц. У них в доме можно было встретить интересных людей, велись оживленные беседы на наиболее злободневные темы из области общественной жизни и науки. Супруги Костычевы были отзывчивыми, сердечными; они охотно оказывали своим друзьям помощь и словом и делом. О самом Павле Андреевиче Рудзкий вспоминал впоследствии: «Беседовать с ним было истинным наслаждением, — так тонко относился он к затрагиваемым вопросам и так сдержанно делал даже самые существенные возражения. При этом ею никогда, кажется, не покидала характеристическая, не то грустная, не то слегка скептическая улыбка, поразительно верно переданная на портрете, сделанном другом его, покойным Ге».

Костычев интересовался положением сельского хозяйства в разных местностях России; при этом он лучше всего был знаком на собственном опыте с северной, так называемой нечерноземной полосой. Однако он понимал, что в экономическом отношении очень важной является черноземная область — житница России. Но эта житница периодически иссякала: неурожаи и голодовки делались очень частым явлением, вызывали вымирание русского крестьянства. Говоря об этих голодовках, В. И. Ленин отмечал, что «ни одна война, как бы продолжительна и упорна она ни была, не уносила такой массы жертв»{В. И. Ленин. Сочинения, т. 5, стр. 231.}.

Крестьяне, конечно, стремились к тому, чтобы увеличить производство хлеба, но это было трудно сделать. Если вспомнить, сколько и каких земель досталось им в результате пресловутой «великой реформы», учесть состояние крестьянской земледельческой техники, то станет понятно, почему в русской деревне во времена царизма постоянно не хватало хлеба. По явно заниженным данным официальной правительственной статистики, в пореформенное время нехватка хлеба почти поголовно у всех крестьян во всех черноземных губерниях составляла от 6 до 12 пудов в год на семью. При таком положении у крестьян, естественно, не могло быть никаких хлебных запасов. В результате даже небольшие недороды вызывали голод, а сильные неурожаи приводили к всеобщему народному бедствию.