Осенью 1087 года он снова в Академии, работает на опытном поле и обрабатывает материалы своей первой научной поездки. Посоветовавшись с Фадеевым и Густавсоном, он выбирает восемь наиболее типичных почв Мамадышского уезда для лабораторного изучения. Механический состав всех образцов он определяет по методу Фадеева, перегной — сжиганием в струе кислорода в приборе Густавсона. Вильямс работает в лаборатории не первый год, но для большей точности он проводит все анализы по два раза, чтобы исключить всякую, даже случайную ошибку. Работа шла медленно. Механический анализ по методу Фадеева был громоздким и несовершенным: он отнимал огромное количество времени даже у Вильямса, который, удивляя всех других работавших в лаборатории, умел вести много анализов сразу. Много времени уходило и на выполнение ассистентских обязанностей — ведь они теперь были единственным средством существования Вильямса. С января по апрель 1888 года нештатный ассистент получил 150 рублей вознаграждения. Ему эта сумма показалась очень крупной: можно было больше помогать родным.
К апрелю аналитическое исследование мамадышских почв было закончено. 16 апреля 1888 года Вильямс представил свою работу в Совет Академии и получил степень кандидата сельского хозяйства.
Первоначальная надежда Вильямса связать производительность мамадышских почв с их химическим и механическим составом не осуществилась. Судить о плодородии почв только по этим аналитическим данным было нельзя.
Эти данные ничего не говорили о влажности почвы и ее изменении во времени, так же как и об изменении количества питательных веществ, доступных растению в разные периоды его жизни.
И Вильямс это понял. Он так писал о плодородии почвы в своем кандидатском сочинении: «Вопрос этот слишком широк и сложен для того, чтобы я имел смелость поставить его задачей для моих исследований. Все, что я пока могу сделать в этом отношении, сводится к тому, чтобы по мере сил содействовать накоплению материала, необходимого для его разрешения».
Но Вильямс уже в этой своей исследовательской работе пришел к твердому выводу, что вопрос о плодородии почвы является важнейшим вопросом агрономии и почвоведения.
В том же 1888 году эта работа Вильямса под названием «Исследование восьми почв Мамадышского уезда Казанской губернии» была напечатана в третьем выпуске «Известий Петровской земледельческой и лесной академии».
Вильямс уже давно выделялся своими способностями среди студентов Академии. Все свободное время проводил он либо на опытном поле, либо в тесной лаборатории кафедры земледелия. А положение на кафедре земледелия было в это время крайне неблагополучным. Юнге, в полном согласии с министерскими чиновниками, добился увольнения «строптивого» Фадеева, выдающегося педагога и талантливого исследователя, совершенно не считаясь с тем, что Академия оставалась вообще без преподавателя по ведущей дисциплине. Чтобы найти хоть какой-нибудь выход из создавшегося положения, Академия пригласила временно читать курс общего земледелия преподавателя Московской земледельческой школы А. П. Адриановского.
