В первые годы к помощи станции обращались сравнительно мало, но в 1902 году станция имела уже 62 частных заказа, главным образом от земских учреждений Московской губернии. Больше всего заказчиков интересовали кормовые достоинства овса, а также определение качества семян красного клевера, тимофеевки, люцерны, овса, сахарной свеклы.

В 1898 году Докучаев, настаивая на необходимости создания своей русской агрономии, между прочим, указывал: «…безусловно необходимо выработать свои сельскохозяйственные нормы; следует иметь анализы своих вод, своих земель, своих плодов, русского масла, русского молока и сыра».

Испытательная станция, руководимая Вильямсом, и была одним из первых учреждений в России, выполнявших эту задачу.

Вильямс явился участником еще одной практической работы, имевшей огромное значение для городского хозяйства Москвы, — он был одним из организаторов Люблинских полей орошения, первых под Москвой. Создание полей орошения, с одной стороны, улучшало санитарное состояние города, ибо почва полей дезинфицировала и обезвреживала городские нечистоты, а с другой — позволяло рационально использовать сточные воды для орошения лугов и плантаций различных сельскохозяйственных растений, главным образом овощей.

Опыты по созданию небольших полей орошения велись в Петровке еще издавна, их начал Фадеев, а затем продолжал Вильямс.

Применение орошения в подмосковном луговодстве оказалось выгодным делом, и Вильямс, обобщая результаты многолетних опытов, писал в 1897 году: «…орошаемый луг дает в год не один укос, а целых пять, как показал опыт в Петровской Академии, а ныне в М. С. И., в продолжение более 10 лет. Из этих укосов два первых могут быть свободно высушены в прекрасное сено и дадут в среднем: первый до 200 пудов сена, второй до 150 пудов сена; остальные укосы благодаря условиям погоды, в которую они убираются, лишь изредка могут быть высушены, а потому дают обильный зеленый корм… Еще надо прибавить, что эти укосы не зависят совершенно от погоды; какая бы ни стояла засуха, она на них не повлияет».

В конце девяностых годов Вильямс был уже хорошо известен как крупный знаток орошения земель в условиях Подмосковья, еще шире его знали как почвоведа — специалиста по почвам дерново-подзолистой полосы.

Неудивительно, что Московская городская управа обратилась за помощью именно к Вильямсу, когда наметилась организация первых полей орошения под Москвой. Вот как сам Вильямс вспоминал о начале этой работы:

«Ввиду предстоящего устройства полей орошения для г. Москвы и вследствие новизны этого дела для России, городская управа весной 1897 г. предложила нам, инженерам Н. М. Левачеву, М. И. Биману и профессору сельскохозяйственного института В. Р. Вильямсу, осмотреть устройство и эксплоатацию полей орошения в некоторых городах Западной Европы.

Для исполнения вышеуказанного поручения нами были намечены, по литературным данным, города Западной Европы, в которых поля орошения по характеру своему в каком-либо отношении подходили к условиям, имеющимся при устройстве полей орошения в Москве».

Вильямс и его спутники посещают крупнейшие города Германии, Франции и Англии; они знакомятся с организацией полей орошения, с методами использования и очистки сточных вод. Попутно Вильямс изучает почвенный покров окрестностей всех посещенных им городов; он понимал, что организация полей орошения должна находиться в самой тесной зависимости от характера почвы — ее механического состава, содержания в ней органического вещества, глубины залегания грунтовых вод. Вильямс оценивал на практике различные методы применения дренажа для искусственного понижения уровня грунтовых вод.

Организация полей орошения в западноевропейских городах не всегда была на высоте, и Вильямс замечает это. В Париже, где на орошаемых участках были самые разнообразные культуры — полевые, луговые, огородные и даже плодовые, орошение совершенно не регулировалось и не отличалось никакой правильностью: «орошает всякий, когда ему покажется нужным и сколько ему покажется нужным», — писал Вильямс.

Теоретические достижения западноевропейской науки в объяснении санитарного значения разных почв были — невелики. Вильямс убеждается, что позаимствовать полностью заграничный опыт в этом деле не удастся. Организацию полей орошения под Москвой придется сочетать с разработкой научных приемов ведения хозяйства в данных условиях и изучением почвы как среды очищения сточных вод.

По возвращении из-за границы Вильямс становится ответственным руководителем Люблинских полей орошения. Он быстро создает здесь образцовое хозяйство: оно имело несколько тысяч десятин земли, которые использовались под огородные культуры, травы, корнеплоды. Были введены севообороты, практиковалось известкование почв. В хозяйстве было заведено свое стадо, для которого имелась превосходная кормовая база.

Вильямс проводит самое детальное изучение почвенного покрова и глубины залегания почвенных и грунтовых вод в районе. Люблино; он составляет подробные карты полей и приступает к таким работам, которые повысили бы эффективность полей: закладываются дренажи, участки с кислыми почвами известкуются для повышения их биологической активности. В то же самое время, не забывая об эффективной очистке сточных вод, нужно было так вести хозяйство, чтобы оно не приносило убытка. И Вильямс справился со всеми этими задачами. В течение пятнадцати лет руководил он люблинским хозяйством, и оно все время крепло.

Может показаться странным, для чего Вильямсу — крупному ученому — понадобилось тратить время на такое, казалось бы, неблагодарное для научного деятеля дело, как руководство полями орошения. Однако это легко объяснить, если учесть те научно-исследовательские работы, которые Вильямсу удалось провести именно на Люблинских полях.

Вильямс быстро пришел к выводу, что «обезвреживание сточных вод почвой есть процесс, в основе которого лежит ряд биологических явлений, — обезвреживание является результатом жизненных процессов известных микроорганизмов, населяющих почву». И вот на Люблинских полях развертываются работы по изучению различных микроорганизмов почвы, их деятельности в различных условиях, проводятся многочисленные анализы сточных и подземных вод, сопоставляется содержание растворимых органических веществ в тех и других водах. Здесь Вильямс — начал глубокое изучение вопросов биологии почвы, которое он продолжал впоследствии не только на Люблинских полях, но л в Петровско-Разумовском — в своей лаборатории, а также и под открытым небом с помощью особой построенной им установки — лизиметров.

Вильямс все яснее понимает значение комковатой структуры почвы — этого главного условия получения высоких и устойчивых урожаев. Он устанавливает, что решающее значение три этом имеет не механическая прочность структуры, а ее водопрочность, то-есть такое ее состояние, когда она стойко противостоит размывающему действию воды. Вильямс конструирует прибор для определения водопрочности структуры, изучает это свойство в почвах разных типов и из различных районов России. Когда было накоплено много наблюдений, он увидел, что водопрочность структуры у одних почв большая, а у других ничтожная. «Насколько велики бывают колебания прочности разных почв, — писал Вильямс, — видно из того, что, например, почва крестьянских (да и большинства помещичьих) полей Полтавской, Тульской или Московской губерний размывается уже через 15–30 минут, а почва заливных лугов размывается лишь через 7 — 14 и даже 20 суток».

Вильямс начинает приближаться и к пониманию причин, вызывающих водопрочность почвенной структуры. Он показал, что прочность структуры зависит от перегноя, но не всякого, а только «свежеобразовавшегося» — молодого. «Если мы возьмем прочную почву, — говорил Вильямс, — высушим ее и разотрем в пыль, затем опять смочим ее водой и вновь образуем из нее комочки, то эти новые комочки уже оказываются совсем непрочными и опять приобретают прочность только после того, как несколько месяцев пролежат спокойно во влажном состоянии и при доступе воздуха; вероятно, при этих условиях под влиянием биологических процессов в почве образуется новое количество свежеобразовавшегося перегноя. Поэтому понятно, почему на практике мы так боимся распыления почвы, — мы при этом разрушаем ее прочность, лишаем ее главного признака культурности».