Осенью 1880 года ученики славившеюся в Москве реального училища К. К. Мазинга с интересом встретили волнующее событие: в училище открылась своя собственная химическая лаборатория. В большой комнате на длинных столах стояли пузатые колбы и реторты, диковинные аппараты Киппа, похожие на два больших мыльных пузыря, поставленных один на другой, мензурки и тигли. На отдельном столике, как «святая святых», застыли в стеклянном футляре золоченые аналитические весы.

В углу находился шкаф, наполненный разноцветными бутылями и банками с непонятными надписями.

Здесь ученики должны были в новом учебном году сами проводить опыты по химии, изучать эту науку практически.

В день открытия лаборатории больше всего разговоров было о том, что ее организовали не педагоги, а один из учеников пятого класса. Теперь стало понятно, почему он так часто оставался в училище после уроков. Он не зря потратил столько времени — лаборатория получилась на удивление. И ее организатору в первые же дни присвоили шутливое прозвище, в котором сквозило уважение: товарищи прозвали его «августейшим лаборантом». Тогда один из учителей сделал реалистам замечание — эпитет «августейший», оказывается, можно было применять только к «особам» царской фамилии.

Но реалистам не хотелось отказываться от меткого прозвища, и, прибавив к августу один месяц, они назвали организатора и руководителя лаборатории «сентябрейшим лаборантом».

Летом 1883 года Вильямс блестяще окончил реальное училище. Он твердо решил получить высшее образование, несмотря на, казалось бы, непреодолимые препятствия, — положение семьи ухудшалось с каждым годом.

Больше всего Вильямса интересовали биология и химия. Ему было жаль расставаться со своей химической лабораторией в училище. Он хотел продолжать практическое изучение химии и свои занятия по различным биологическим наукам.

В это время в Москве было учебное заведение, привлекавшее к себе, молодежь не меньше, чем университет. Нередки были даже случаи поступления в это учебное заведение выпускников университета. Этой высшей школой была знаменитая Петровка — Петровская земледельческая и лесная академия, основанная в 1865 году на окраине Москвы, в Петровско-Разумовском, «Здесь, — говорил писатель В. Г. Короленко, — наука, трактующая вопросы земли — самые жизненные интересы страны и народа, — устроилась в прелестнейшем уголке среди парков, рощ, прудов и полей, достаточно далеко от столицы для того, чтобы городская сутолока не врывалась сюда своим назойливым шумом и суетой, но и достаточно близко, чтобы кипучие интересы умственного центра могли находить здесь отклик и непосредственное живое участие».

Во время своих ботанических экскурсий ученик реального училища Вильямс часто заходил в академические владения, немало обогатившие его гербарий.

Вильямс познакомился не только с ботаническими богатствами академической лесной дачи. Он знал о существовании при Академии опытных полей, теплиц, оранжерей, фермы, где студенты практически изучали агрономию. Но главной славой Петровской академии была ее профессура — К. А. Тимирязев, Г. Г. Густавсон, И. А. Стебут, М. К. Турский, А. А. Фадеев. Это были выдающиеся русские ученые, создатели новых направлений в науке и превосходные воспитатели учащейся молодежи.

В юности Вильямс ни разу не имел возможности совершить большое путешествие: для этого у него не было денег, а пешком удавалось путешествовать только от Москвы до Академии да в ближайших окрестностях города. Ко времени окончания курса Вильямс по литературе хорошо знал условия сельского хозяйства в различных районах России, но самой России он не видел. Лучше всего зная природные и сельскохозяйственные особенности нечерноземной полосы, он судил об этой полосе только по условиям хорошо знакомого ему Подмосковья. А как ему хотелось побывать подальше, посмотреть русские леса и поля, широкие многоводные реки, новые края с их бесконечным разнообразием природы! Летом 1887 года счастье улыбнулось Вильямсу. — Статистическое бюро Казанского губернского земства, стремясь провести оценку крестьянских земель для «более правильного» сбора налогов, решило начать исследование почв. Для этого понадобились работники, и земство обратилось в Петровскую академию. Вильямсу предложили поехать на летнюю практику в Мамадышский уезд Казанской губернии, изучить почвы на месте и взять несколько наиболее типичных образцов для последующего их исследования в лаборатории. Средства были предложены самые ничтожные, но Вильямс согласился ехать в Мамадыш. Сбывалась его давнишняя мечта попутешествовать по России, а кроме того, можно было собрать материал для кандидатского сочинения, нужного для получения звания кандидата сельского хозяйства.

Железной дороги от Москвы до Казани тогда еще не существовало. Вильямс отправляется из Москвы в Нижний Новгород, куда железная дорога была сооружена еще в 1861 году. В Нижнем молодой исследователь сел на пароход и поплыл «вниз по матушке по Волге» к Камскому устью.

Пароход медленно плывет вниз по реке. В числе палубных пассажиров едет и Вильямс, впрочем, ему и не нужна каюта: с раннего утра до позднего вечера он неотрывно следит за сменяющимися пейзажами. С одной стороны тянулся правый нагорный берег с многочисленными городами, селами, с хорошими геологическими обнажениями, а слева виднелся низкий луговой берег, шли сплошные широкие луга, каких Вильямс еще никогда не видал. Ни Жабенский луг вблизи Академии, ни знакомая с детства Быковская пойма, ни даже большие Раменские луга не шли ни в какое сравнение с этим бескрайным луговым простором вдоль величавой Волги. Здесь Вильямс начал понимать, какое большое значение имеет для России луговодство, а из разговоров с крестьянами, случайными попутчиками, он узнал, что луга эти находятся в очень плохом состоянии. Принадлежали они большей частью помещикам, которые или сдавали луга в аренду крестьянам на условиях самой жестокой кабалы, или хищнически эксплуатировали луговые угодья сами. Почти никто из них не принимал мер по сохранению высоких достоинств природных лугов и тем более по их улучшению. Крестьяне-арендаторы тоже не были заинтересованы в улучшении чужих лугов. В результате луга из года в год ухудшались, на них пасли скот, который вытаптывал луговые травы, укосы травы уменьшались, а сено делалось все хуже и хуже.

В Камском устье Вильямсу пришлось дожидаться камского парохода. Он поплыл вверх по Каме, в глубь лесистого заволжского края, мимо городов Лаишева, Чистополя, вплоть до села Сокольи горы, лежащего у впадения в Каму реки Вятки. Отсюда в пятнадцати верстах вверх по Вятке находился и уездный глухой городишко Мамадыш — цель путешествия Вильямса.

Вдоль правого берега Камы тянулись цепи высоких холмов; особенно эффектными были они у Сокольих гор. Вильямс ознакомился с геологическим строением новой для него местности: здесь были распространены песчаники, глины и известняки красивых цветов — красные, малиновые.

Работа над анализом мамадышских почв пробудила у Вильямса особый интерес к почвоведению. Его влекло решение самого важного, по его мнению, вопроса: чем вызвано плодородие той или иной почвы, что влияет на это плодородие?

Но он ясно видел, что, прежде чем подойти к решению этой важнейшей задачи, надо создать новые, более совершенные способы всестороннего анализа механического и химического состава почв. Еще работая над мамадышскими почвами, Вильямс понял все несовершенство существующих способов определения их физических и химических свойств. Он уже тогда предполагал, что между этими свойствами и плодородием почвы существует какая-то закономерная связь, но как он ни старался определить эту закономерность, она всякий раз ускользала. Вильямс упрямо повторял свои анализы, сопоставлял полученные им результаты с цифрами урожаев, выращенных на исследуемых им почвах, но, как он сам говорил, «связь между двумя группами явлений, которая в теории была до очевидности ясна, неизменно оказывалась все такой же неуловимой».

Чтобы иметь возможность уловить эту связь, Вильямс решил перестроить всю методику исследовательской работы. В первую очередь необходимо было разработать надежный способ определения механического состава почв; это было первым шагом на долгом пути к намеченной цели — раскрыть тайны плодородия почв, понять законы, им управляющие.

И Вильямс приступил к разработке нового, более совершенного способа механического анализа почв.

Прежде всего он взялся за переоборудование лаборатории. Лаборатория Фадеева, находившаяся в подвальном этаже кафедры земледелия, была очень тесной и плохо оснащенной. Вильямс вспомнил свои школьные годы, лабораторию в училище Мазинга и снова принялся за давно знакомые дела. Работал он с увлечением. Он устроил большой перегонный куб для получения дистиллированной воды — до этого нехватка ее не позволяла отмучивать большого числа почвенных образцов.

Когда Вильямс с женой вернулись в Москву, Петровская академия уже начинала свертывать свою работу, прием новых слушателей не проводился. Среди профессуры царили пессимистические настроения, руководство Академии находилось в состоянии полной растерянности. На «стипендиата высшего оклада» начальство не обращало никакого внимания, но старые учителя — К. А. Тимирязев и И. А. Стебут — тепло встретили своего ученика и оказывали ему постоянную помощь во всех его начинаниях.

24 сентября 1891 года Совет Академии заслушал отчет Вильямса о его занятиях за границей и принял этот отчет. На этом же заседании было оглашено «прошение кандидата сельского хозяйства В. Р. Вильямса о допущении его к экзамену на степень магистра сельского хозяйства. Определили: ходатайствовать о разрешении Совету Петровской академии допустить Вильямса к экзамену на степень магистра сельского хозяйства».

Сдачу магистерских экзаменов, являвшуюся в то время нелегким делом, Вильямс намечал на весну 1892 года, а с осени 1891 года, немедленно по возвращении в Москву, он принялся за усиленную подготовку к будущим экзаменам: кроме общего и частного земледелия, агрономической химии, сельскохозяйственной экономии — наук, которыми Вильямс углубленно занимался все годы после окончания Академии, нужно было по существовавшим в то время правилам сдавать общую и частную зоотехнию и другие предметы, не интересовавшие Вильямса непосредственно.

Но подготовке к будущим экзаменам Вильямс уделял только строго определенное время. Главной своей задачей он считал подготовку к профессорско-преподавательской деятельности. У него была в это время уже очень солидная эрудиция по вопросам агрономии и естествознания. Но он твердо знал: кроме эрудиции, нужно еще обладать умением так излагать предмет, чтобы слушатели получали о нем целостное и яркое представление, как о системе связанных друг с другом и вытекающих друг из друга положений. Пример К. А. Тимирязева, Г. Г. Густавсона, И. А. Стебута — превосходных лекторов и учителей — вдохновлял Вильямса на усиленную работу над своими будущими курсами. Воспоминания о лекциях Густавсона, изящных и строгих, читавшихся прекрасным голосом и с большим чувством, заставили Вильямса даже… брать уроки пения: он стремился «поставить» себе голос, чтобы лучше читать свои лекции. Так заботился Вильямс о своих будущих слушателях.

Вильямс представил Совету Академии большую программу фундаментального курса почвоведения и земледелия, а также программу небольшого специального курса «Факторы жизни сельскохозяйственных растений».