Раздел своего курса, посвященный собственно почвоведению, Вильямс год от году совершенствовал, дополнял и перерабатывал. Это было связано не только с основной чертой характера Вильямса — его неудержимым стремлением к прогрессу, новаторству, но и бурными успехами почвоведения в эти годы: работы В. В. Докучаева, Н. М. Сибирцева и многочисленных их учеников и последователей непрерывно обогащали почвоведение новыми открытиями и обобщениями, хотя законченной картины почвообразования наука еще не создала. В своей речи «Значение органических веществ почвы», произнесенной на годичном собрании Сельскохозяйственного института в 1902 году, Вильямс, говоря о роли биологических процессов, под влиянием которых мертвая горная порода стала живой почвой, отмечал:

«Здесь перед глазами исследователя нет еще ясной, строгой, разработанной до мелочей картины, здесь скорее развертывается набросанный лишь в общих, главных контурах абрис будущей картины, эскиз…проникнутый захватывающим обаянием могучего дарования ее творцов — профессора Докучаева и, увы, покойного уже профессора Сибирцева».

Говоря о почве, Вильямс прежде всего принимал во внимание ее происхождение, или генезис, поэтому в своем курсе он совершенно отбросил надуманные иностранные классификации почв, а излагал слушателям генетическую классификацию почв Докучаева — Сибирцева. Все почвы он делил на группы в зависимости от их происхождения и условий образования.

Каждое полушарие земного шара Вильямс делил на шесть природных зон: арктическую, лесную, степную, пустынную, полутропическую и тропическую, и характеристику почв давал по этим зонам. Такой подход целиком отражал новейшие воззрения на почву именно русской школы почвоведов, складывавшейся как раз в то время.

Большое место в первом курсе Вильямса было уделено физическим свойствам почвы и их влиянию на создание в ней такого водного режима, который более всего благоприятствует развитию растения. Одновременно Вильямс подчеркивал, что водный режим не должен находиться в антагонистических отношениях с другими режимами в почве — пищевым и воздушным, — также жизненно важными для растений. Главная роль при этом принадлежит строению, или структуре, почвы, то-есть такому ее состоянию, когда она распадается на комки и зернышки различного размера. Вильямс выделил два основных типа строения почвы — бесструктурное, или «раздельно-зернистое», когда частички почвы не склеены друг с другом, и комковатое, которое он, в свою очередь, подразделил на глыбистое, грубое и нежное. «Для нас, — говорил Вильямс, — представляют интерес только последние три типа строения почв, так как только при условии комковатого строения возможно успешное произрастание культурных растений; на почвах же с раздельно-зернистым строением урожаи получаются очень незначительными».

Об агрономическом значении структуры почвы много писали предшественники Вильямса, особенно П. А. Костычев, В.В.Докучаев, А. А. Измаильский, но Вильямс первый подчеркнул особое значение почвенного перегноя в создании структуры. Обобщая некоторое опыты своего учителя А. А. Фадеева, а также и свои собственные, он уже в этом первом курсе указывал: «…единственной причиной, обусловливающей прочность почвы, является перегной, образующийся в почве при разложении органического вещества».

Интересным и совершенно новым в курсе Вильямса являлся раздел «Влияние местных условий на физические свойства почвы», где были использованы автором лекций его богатые знания природных условий и почв разных районов России, Западной Европы и Америки.

При всех больших и неоспоримых достоинствах первого курса, читавшегося Вильямсом, в нем были и Недостатки, объясняемые состоянием науки в те годы. Прежде всего Вильямс не мог осветить еще в полной мере огромное значение биологического фактора в развитии почвы, роль микроорганизмов почти выпадала, роль высших растений оценивалась не полностью.

В важнейшем вопросе о структуре почв хотя и было известно, что ее создает перегной, но неясным было, в каком виде находится этот перегной и как быстро добиться создания хорошей почвенной структуры в условиях хозяйства. Множество подобных неясных вопросов возникало и во второй части курса — в земледелии.

Вильямс понял, что одним лишь обобщением уже добытых данных не обойтись, что необходимы многочисленные новые опытные исследования непосредственно в поле, в природе. Не удовлетворяла его и постановка практических полевых работ студентов. И Вильямс пытается организовать такое учреждение, которое могло бы помочь ему и проводить большие экспериментальные работы в поле и в поле же учить студентов.

В 1895 году Вильямс подает в Совет Сельскохозяйственного института специальную докладную записку об устройстве опытной станции при институте. Он хотел, чтобы эта станция не была похожа на существующие опытные сельскохозяйственные станции, чтобы на ней вопросы земледелия и вообще агрономии изучались комплексно и целеустремленно. Он писал:

«До сих пор сельскохозяйственная метеорология стремилась только к изучению атмосферы, как одной среды, в которой развивается сельскохозяйственное растение. С другой стороны, почвоведение и общая культура также занимались почти исключительно одной только почвой без ее отношения к климату.

Такое отношение вещей неестественно, нельзя таким образом расчленять и совершенно изолировать изучение этих двух сред, в которых развивается растение и все жизненные явления которого являются функцией взаимных отношений этих двух сред».

Далее Вильямс указывал, что на проектируемой им опытной станции обязательно должен изучаться климат, но не изолированно, а в тесной связи с различными почвами и группировками растений.

«На станции, — писал он, — должен быть создан ряд типичных почв, на которых и должно изучаться влияние динамики атмосферы и атмосферных факторов жизни растений на динамику тех же факторов в почве; такое изучение не должно ограничиваться только почвами в одном каком-либо состоянии, но и в различных состояниях залегания и строения.

Не должно ускользнуть от изучения на станции и влияние самой растительности на состояние почвы и атмосферы, причем должна быть принята во внимание как растительность луговая и полевая, так и древесная растительность».

Значительное место в работах станции Вильямс предполагал также уделить изучению минеральных удобрений и их влияния на растения при различных почвенных и метеорологических условиях. Не забывал он в своей программе и такой важный вопрос, как изучение режима поверхностных и грунтовых вод в инженерных целях, то-есть для проведения различных технических мероприятий — осушения, орошения, строительства плотин и так далее.

Однако подробнее всего Вильямс обосновывал ту часть программы работ станции, в которой говорилось о выведении новых ценных сортов сельскохозяйственных растений, приспособленных к природным условиям России.

«Лишь как на редкое исключение, — писал Вильямс, — можно указать на какой-либо улучшенный русский сорт сельскохозяйственных растений. Нам приходится пользоваться постоянно, на каждом шагу чужеземными растениями, и горькими опытами часто приходится, убеждаться, что растение, превосходное в условиях западноевропейского климата, оказывается ничего не стоящим в условиях нашего сурового континентального климата, Разве это нормально, разве это не стыдно, что нам приходится выписывать улучшенный «псковский» лен от Вильморена из Парижа и сандомирку от Фроммера в Будапеште?

И разве не меньше труда и хлопот будет улучшать наши русские растения, чем биться над приспособлением в диаметрально противоположных климатических и почвенных условиях «галлетозских» пшениц и разных «желанных» и «триумфальных» овсов и «тейских» пшениц?

Не может подлежать сомнению, что задача улучшения сортов также должна войти в задачи опытной станции».

Опытная станция, по мнению Вильямса, во всей своей многосторонней деятельности должна быть тесно связана с практикой русского сельского хозяйства.