Стремясь связать агрономию с естествознанием и прежде всего с химией, Павлов издает в 1825 году свой труд «Земледельческая химия». Эту книгу он предназначал в качестве учебного пособия для учеников Земледельческой школы. Позднее вышли в свет его двухтомные «Основы сельского хозяйства».
В своих лекциях по агрономии Павлов говорил: — Сельское хозяйство в наше время находится в трех видах: как ремесло, как искусство и как наука. Как ремесло, оно ограничивается наглядною привычкою производить сельские работы по примеру предшественников; как искусство, оно состоит в переимчивости улучшений, сделанных другими; как наука, оно есть разумение начал, на коих дело основано, — способов, коими оно производится, и условий, при которых лучше достигает цели. Участь сельского хозяйства, как ремесла, есть неподвижность, как искусства — слепая удача или ряд хозяйственных ошибок, как науки — рассчитанный успех. Это не предположения, а истины, бросающиеся в глаза при взгляде на события, совершающиеся вокруг нас и во всех странах света: у хозяина-ремесленника все по обычаю предков; такие хозяйства, несмотря на различие потребности времени, климата, почв и других местных обстоятельств, одинаковы в каждой стране, различаются только лучшей или худшей бдительностью хозяйского глаза… У хозяина-нововводителя старое все переломано, а новое, как наудачу предпринятое, не ладится. Общая черта таких хозяйств — непрерывная стройка без архитектора. «Делай у себя то, что хорошо у других». Вот их девиз! Но хорошее в одном месте может быть худым в другом. Оттуда неудачи. Хозяин, действующий по правилам науки, поступает рационально; он делает улучшения в хозяйстве не по данным образцам, но по данным обстоятельствам, на основании современных сведений о деле. Признак рациональных хозяйств — современность с печатью местности. Девиз их — «век живи, век учись». Но век учиться может только тот, кто учению своему положил начало. Это начало в сельском хозяйстве есть наука.
Павлов сумел с самого начала хорошо поставить в школе преподавание химии, ботаники и агрономии.
Он старался сделать преподавание сельского хозяйства наглядным, практическим. Для этой цели служил опытный хутор, расположенный недалеко от Москвы, за Бутырской заставой, на бросовых, полузаболоченных почвах. Общество сельского хозяйства поскупилось и купило для хутора самую дешевую землю. «Непроходимое, никакой пользы не приносившее болото, окруженное со всех сторон кустарно-мшистым кочкарником, — вот какая избрана была земля для опытного хутора», — писал в одном из своих отчетов Павлов. С помощью учеников школы он взялся за осушение земель хутора. Для этого здесь прокопали более 4 тысяч саженей канав и подготовили участок пашни в 160 десятин, на котором заложили три опытных севооборота: 1) обычный трехпольный, «как у всех»; 2) четырехпольный с посевами клевера и 3) шестипольный, «выгонный», с двумя полями зерновых, одним — пропашных культур и тремя полями злаковой кормовой травы — знаменитой русской тимофеевки.
Правильно понимая условия, благоприятствующие развитию растений, и изучая почвы, Павлов сделал поля хутора плодородными, он применял удобрения, чередование культур, глубокую вспашку специальным плужком, сконструированным им самим. К концу двадцатых годов он с радостью писал, что на хуторских полях «видны постоянно обильные жатвы, превышающие не только урожаи на смежных полях, но равняющиеся урожаям на черноземе».
Основываясь на своих опытах, Павлов резко обрушивается на господствовавшую в России систему полеводства — трехполье, при котором было такое чередование культур: озимые, яровые, пар. Считалось, что почва под паром отдыхает, восстанавливает свое плодородие. На самом деле пар лишь отчасти выполнял эту роль, и только тогда, когда за ним хорошо ухаживали. Но если пар зарастает сорняками, а в малоземельных местах используется под пастбище, то такой «пар» из средства отдыха почвы превращается в средство ее самого варварского истощения.
Павлов настаивает на введении в севооборот многолетних и однолетних трав, которые накапливают в почве перегной. Постоянное возделывание зерновых хлебов «расхищает без возврата» перегной почвы — «сие сокровище, над скоплением коего природа трудилась многие столетия». Русский ученый осуждает хищнический подход помещиков к плодородию почвы. «Совершенство системы хозяйства, — говорил Павлов, — состоит не в том только, чтобы с данного поля получить наиболее зерна; для сего еще требуется, чтобы земля не истощалась в производительной силе».
