Говоря о заграничных методах улучшения лугов, Вильямс отмечал еще в своем первом курсе луговодства: «…эти способы улучшения можно применять лишь в тех случаях, когда луг не очень сильно заболотел». А русские луга, за которыми почти не ухаживали, заболотели во многих местах. На заболоченных природных лугах ценные в кормовом отношении растения сменялись плохими, качество сена ухудшалось, луг деградировал.

За границей тоже были знакомы с этим явлением и боролись с ним путем сжигания дернины, но Вильямс сразу понял, что такой метод «улучшения» является хищническим, ибо при сжигании дернины «мы теряем весь перегной и весь азот». Выходило так, что самые ценные особенности луговой растительности в смысле ее влияния на почву не используются, — богатство, скопленное в почве, сжигалось и улетало в воздух.

По воспоминаниям ученика Вильямса, впоследствии крупнейшего советскою луговеда А. М. Дмитриева, «вся западноевропейская рецептура, вся ее техника, вся организация лугопользования не удовлетворяют Василия Робертовича. Идет борьба не с причинами, а с последствиями. Не знаем еще биологии луговой растительности, не знаем биологии луговых почв, не создали системы действительно рационального использования и улучшения лугов. Вот о чем прямо и косвенно говорит молодой профессор».

И молодой профессор приступает к глубокому изучению биологии луговых трав, биологии луговых почв.

В начале девятисотых годов Вильямса особенно часто видели на его небольшом питомнике луговых трав. Согнувшись, стоит Василий Робертович над делянкой и наблюдает, как ведет себя то или другое растение; ученый осторожно разрывает землю на делянке, он изучает расположение, густоту и глубину проникновения в почву корневой системы растений. У многолетних злаков корневая система была густая, мочковатая, «о располагалась почти целиком в самом верхнем горизонте почвы. Корневая система бобовых растений имела совсем другой облик — она была стержневая и проникала глубоко в почву и даже в подпочву; например, корни люцерны шли в глубину на несколько метров. Биология корневой системы этих двух групп растений была, таким образом, резко различной: многолетние злаки могли за счет ежегодного отмирания их корневой системы накоплять в почве много перегноя в самом верхнем ее слое, а многолетние бобовые были способны с помощью своей глубокой стержневой корневой системы «перекачивать» минеральные вещества из глубоких слоев почвы, в ее верхние горизонты. Кроме того, бобовые, благодаря жизнедеятельности особых клубеньковых бактерий, поселяющихся на корнях этих растений, обогащали почву азотом — этим важнейшим элементом питания растений. Выходило, что многолетние злаки и многолетние бобовые взаимно дополняют друг друга при их совместном произрастании на почве.

И Вильямс начинает новую серию опытов по совместному выращиванию злаков и бобовых на одной делянке. Это была сложная и кропотливая работа: надо было выяснить лучшее соотношение между этими двумя группами растений, установить наилучшие условия для их совместного развития. Понятно, что такие исследования затянулись на многие годы, но Вильямс вел свои работы последовательно и целеустремленно.

Он никогда не ограничивался проведением опытов на небольших делянках или в лабораторий, — он всегда стремился перенести свои исследования в природу. Так было и с лугами. Луг — сложное природное образование; его характер, эволюция, хозяйственное использование зависят от условий, в которых луг находится.

Луга — это природные комплексы. Эту идею кладет Вильямс в основу своего исследования лугов. Изучение лугов в природе дополняло другие исследования Вильямса.

После выздоровления и освобождения от директорских обязанностей Вильямс начинает заниматься лугами больше, чем прежде.

Большие массивы лугов были на Оке, в окрестностях города Мурома. Эти луга вырождались. Ученику Вильямса — студенту старшего курса С. И. Фанталову — предложили обследовать муромские луговые массивы. Вильямс поддержал своего ученика, обещал ему помочь.

Летом 1910 года Вильямс, С. И. Фанталов и еще человек десять студентов выехали «из Москвы в Муром. Здесь было начато подробное изучение лугов: делались описания растительности, наиболее интересные виды растений гербаризировались, изучалась корневая система различных представителей луговой флоры, закладывали почвенные разрезы, брали образцы почв и монолиты.

Повеселевший профессор начал здесь быстро забывать свою недавнюю тяжелую болезнь, он весело шутил, подтрунивал над студентами. Решили переплыть на другой берег Оки — в Нижегородскую губернию. На берегу стояла огромная старая лодка, она, казалось, приросла к земле, и никто из студентов не мог ее сдвинуть в воду.

— Эх, вы! — сказал Вильямс, подошел, нажал на лодку плечом, дал ей боковой толчок, и через минуту она уже покачивалась на воде. Поплыли на тот берег Оки, запели песню. Вильямс, как и в дни молодости, сидел на месте загребного.

Муромские луга заболотевали, верхние горизонты почвы были переполнены плохо разложившимися растительными остатками. Одной общей болезнью болели почти все луга России.

Необходимо было срочно разрабатывать меры оздоровления русских лугов, а для этого нужны люди, специальные агрономы-луговоды, которые отдали бы этому делу все свои силы.

Вильямс начинает добиваться организации курсов по луговодству, он пишет докладные записки в департамент земледелия, обрисовывая в них то бедственное положение, в котором находятся луга в России. Время тянулось, такие дела в департаменте решались — не быстро, да и Вильямс после первой революции считался «опасной» фигурой. Но положение с лугами было действительно угрожающим, и это ускорило решение вопроса. В 1911 году Вильямс получил из Петербурга разрешение организовать при лаборатории почвоведения краткосрочные «курсы переподготовки агрономов по луговодству». Курсы эти прослушало несколько десятков агрономов, пожелавших специализироваться по луговодству, а также многие студенты Московского сельскохозяйственного института. То обстоятельство, что курсы были временными и краткосрочными, не удовлетворяло Вильямса, он добивался всемерного упрочения их положения.

В 1913 году при кафедре Вильямса организуются первые в России постоянные «курсы для подготовки специалистов по луговодству и культуре кормовых растений».

Вильямс был назначен заведующим курсами, а его заместителем и одним из преподавателей — А. М. Дмитриев, который с этой поры на многие годы стал неизменным помощником Вильямса во всех работах, касавшихся луговодства. К работе на курсах были привлечены некоторые профессора института, а также ряд специалистов со стороны.

На курсах Вильямс развернул большую работу. Вот когда особенно пригодились монолиты луговых почв, собранные им при его путешествиях в разные районы страны; наступила также пора полного использования богатейшего биологического гербария Вильямса, коллекции семян кормовых растений. Часто водил Вильямс слушателей и на свой питомник многолетних трав.

Коллекция злаковых и бобовых трав, созданная Вильямсом, не имела себе равных в мире. Ежегодно, систематически изучая биологию трав, Вильямс попутно занимался и их селекцией, он выделял лучшие формы, выводил новые.

«Я хорошо знаю, — говорил Вильямс, — русские клевера по практике заготовки клеверных семян бывшим Московским губернским земством на все бывшие земские губернии. Образцы всех предлагаемых партий проходили через мою контрольную станцию при Московском Сельскохозяйственном институте, и попутно я испытывал клевера главных районов на специальном участке. Всего испытано до трех тысяч образцов».

В своем питомнике Вильямс выделил очень хорошую «можайскую» форму английского райграса, которая впоследствии получила большое распространение у нас в стране. Вильямс собирал образцы растений по всей России, много семян ему присылали бывшие ученики и агрономы из глухих уголков страны. Этот материал тоже высевался в питомнике и всесторонне испытывался. Вильямсу удалось выделить очень ценные в биологическом и кормовом отношении казахстанские формы луговой овсяницы и английского райграса.