Работая над этой проблемой в лаборатории Вольни, Вильямс довольно скоро понял ограниченность подхода и этого ученого к изучению почвы. Вильямс не поддался односторонним воззрениям Вольни, считавшего, что только физическими свойствами почвы определяются и ее плодородие и все ее особенности. Резко отрицательно отнесся Вильямс и к тому, что Вольни и его ученики изучали в своей лаборатории не физику живого природного тела — почвы, а физику порошков, приготовленных из этой почвы. Впоследствии Вильямс метко окрестил физику почв Вольни «порошковедением».
Легко преодолеть влияние Вольни и его школы молодому исследователю помогла прежде всего широта подхода к изучению природы и, в частности, почв, которую он воспринял из трудов Докучаева и Костычева.
Вильямс говорил:
«Ни один лагерь ученых не хочет признать себя побежденным. Последователи старой химической школы стараются все явления земледелия свести на химические отношения растений к почве. Последователи более новой, физической школы, игнорируя другие стороны вопроса, силятся все объяснить физическими свойствами почвы и их отношениями к растению».
Вильямса не устраивала ни та, ни другая позиция. Он подчеркивал «несостоятельность как одного химического, так и одного физического направления».
Отдав несколько лет напряженной работы механическому анализу почв и подчеркивая значение этого анализа для решения многих вопросов почвоведения, Вильямс не отводил механическому анализу исключительной, решающей роли в изучении почвы и ее плодородия. Он подчеркивал, что одним механическим анализом всех проблем почвоведения не решишь. Только умелое сочетание механического и химического анализов, только учет сложных биологических процессов, совершающихся в почве, только всестороннее изучение почвы, как особого тела природы, может помочь разобраться в неясных и трудных вопросах почвоведения и земледелия.
31 января 1894 года в Петровской академии состоялась защита Вильямсом магистерской диссертации «Опыт исследования в области механического анализа почв».
На этой защите Вильямс выступил перед Советом Академии с блестящей вступительной речью, которая показала незаурядную глубину и оригинальность мысли молодого ученого, подошедшего к своей задаче с той широтой, которая была присуща лучшим представителям русской науки.
Вильямс настаивал на необходимости изучения всех факторов жизни растения.
Он говорил: «Растение для того, чтобы развиваться и исполнять те функции, ради которых оно возделывается, нуждается в известных условиях, которые определяют своим единовременным присутствием возможность жизни растений.
Эти условия, эти факторы жизни растений суть свет, теплота, вода и питательные вещества… главной задачей земледелия является забота о доставлении растению всех факторов его жизни в количестве, возможно близком к оптимальному.
В возможности решения этой главной задачи земледелия почва играет очень важную роль. Регуляция количественного притока всех факторов жизни растений, кроме света, возможна только благодаря посредствующей роли почвы».
Вильямс осветил в своей речи огромное значение почвы для земледелия и для всей жизни человека; он подчеркнул уже в этом выступлений, что наиболее существенным свойством почвы является ее плодородие.
Плодородие почвы — вот проблема, требующая главного внимания всех занимающихся изучением почвы. Этой проблеме посвящал Вильямс все свои усилия, эта проблема привела к теме его магистерской диссертации. Он говорил:
«Пытаясь разобраться в вопросе о возможности определения плодородия почв путем лабораторного исследования их, я необходимо должен был столкнуться со способами физического и химического исследования почв. И результаты изучения этих способов были неутешительны. Приходилось начинать с самого начала, с изучения самих составных элементов почвы, чтобы разобраться в самых противоречивых мнениях об их характере и свойствах.
И предлагаемый на обсуждение труд мой составляет часть этой работы».
Диссертация, превышавшая по объему десять печатных листов, освещала, по словам Вильямса, лишь небольшую часть проделанной им за эти годы работы — только вопрос о механическом анализе, явившийся для Вильямса составной частью всей огромной проблемы почвенного плодородия.
Но решение и этого частного вопроса потребовало упорного труда, смелых исканий и огромного числа экспериментов.
Разработанный Вильямсом метод анализа представлялся ему отнюдь не целью, а только средством для решения других, более существенных задач. Вильямс точно и кратко определил главную трудность, встретившуюся ему в его работе:
«Как изучить вещество, выделение которого в чистом виде еще составляет нерешенную задачу, и как выделить вещество, свойства которого еще не изучены?»
Первую половину этой проблемы Вильямс успешно разрешил и всесторонне осветил ее решение в своей магистерской диссертации.