Эти работы Вильямса сделали бы честь самому лучшему селекционеру, но они составляют лишь небольшую и даже не самую главную часть селекционных исследований ученого. С успехом занимался он и селекцией бобовых трав, особенно люцерны. Интересуясь южным травосеянием, Вильямс уже давно убедился в необходимости иметь для засушливого юга свои формы люцерны. Но как их создать? Вильямс избирает такой путь: во время путешествий по засушливым черноземным районам он тщательно собирает местные гибриды люцерны. Он понимает, что среда и есть «настоящая мать-воспитательница», что засухоустойчивые формы люцерны, да и других трав надо искать в засушливых же местах, где растения приспособились к неблагоприятным климатическим и почвенным условиям среды. Во время одной из своих поездок по сухим степям Воронежской губернии Вильямс собрал семена двух природных гибридов люцерны, привез их в Москву, высеял на своем питомнике и стал улучшать методом массового отбора. Кроме того, Вильямс вывел еще одну, совершенно новую расу желтой люцерны.
В 1912 году в Россию приехал американский селекционер из Южной Дакоты Н. Ганзен. Он поcетил питомник Вильямса и был поражен тем богатством и разнообразием форм кормовых растений, которые он здесь увидел: в Америке ничего подобного не было и в помине. Особенно понравились американцу новые засухоустойчивые гибриды люцерны. Как бы они хорошо подошли к условиям сухих прерий Дакоты! Ганзен стал просить Вильямса подарить ему немного семян этих люцерн, и русский профессор дал их американцу. В настоящее время обе эти люцерны широко распространены в Соединенных Штатах Америки, но носят они несколько странные названия: «ганзеновская черная люцерна» и «люцерна казак». До появления этих видов люцерны в Америке господствовала «гримовская голубая люцерна», считавшаяся очень хорошей. Но она была быстро вытеснена воронежскими люцернами Вильямса.
О своеобразной судьбе своих сортов люцерны сам Вильямс уже в тридцатых годах рассказывал так: «Два природных гибрида, улучшенные в б. питомнике кафедры почвоведения Тимирязевской сельскохозяйственной академии массовым отбором, образцы которых были переданы мною в 1912 году проф. Ганзену, пользуются в настоящее время широчайшей известностью в Соединенных Штатах под названием черной и казацкой люцерны. Они в настоящее время вытеснили знаменитую «гримовскую голубую люцерну».
Не могли этого скрыть и в Америке. Ганзен писал: «В настоящее время на западе США посевами люцерны «казак» занято много тысяч акров. Свое начало она ведет от небольшой кучки семян, объемом всего с полчайной ложки, собранной с двух растений люцерны, найденных профессором Тимирязевской Академии В. Р. Вильямсом во время его экспедиции в область сухих степей Воронежской губернии».
«Эту чайную ложечку В. Р. Вильямса, — писала одна советская газета, — следовало бы поместить сейчас в музей американского сельского хозяйства, как свидетельство того, что самая распространенная в Америке кормовая трава — люцерна «казак» — вышла и развивалась от семян русского происхождения».
Богатейший питомник Вильямса начал с 1911 года служить еще одной цели — подготовке русских специалистов по кормовым травам. Но слушание лекций, ознакомление с гербариями, работы на питомнике еще не могли, по мнению Вильямса, создать из слушателей курсов настоящих знатоков луговодства. Нужно научиться исследовать луга в природной обстановке. И Вильямс добивается от департамента земледелия отпуска средств на проведение со слушателями курсов специальных экскурсий по лугам разных природных зон страны. Для этой цели он зафрахтовал небольшой пароход, на котором были совершены две продолжительные экскурсии по рекам Клязьме, Оке и Волге.
Из Москвы по железной дороге добрались до старинного русского города Владимира на Клязьме, здесь погрузились на пароход и поплыли вниз по реке до ее впадения в Оку. По Оке плыли до Волги, а потом уже спустились по великой русской реке от Горького до Астрахани. Останавливались там, где Вильямс считал нужным, изучали луга — их почвенный покров, растительность.
Много наблюдений сделал Вильямс во время этих поездок над рельефом и геологическим строением речных пойм, то-есть самых нижних речных террас. Было установлено, что одни луга покрываются высокой водой, другие — заливаются ею уже гораздо меньше, а третьи — покрываются водой на очень небольшое время, и воды бывает немного. В соответствии с этим поемные луга были разделены на три группы: луга высокого, среднего и низкого уровня. Все эти типы лугов сильно отличались друг от друга не только по режиму заливающих их весной вод, но и по составу растительности, почвам, рельефу, хозяйственной ценности. Так начала создаваться научная классификация поемных лугов, построенная на анализе их природных особенностей.
Слушатели курсов надолго запоминали эти поездки с Вильямсом: яркими, незабываемыми были лекций и беседы профессора, проведенные прямо на лугах, где вся окружающая природа служила Вильямсу для подтверждения развиваемых им мыслей и положений.
Когда проплывали у устья Камы, Вильямс вспомнил давно прошедшие времена, свою первую поездку по Волге и Каме в Мамадыш, то жадное любопытство, которое пробудила в нем тогда величественная Волга и широкие волжские луга. Тогда он был молодым исследователем, только начинавшим пробивать самостоятельную научную дорогу, а сейчас он стал крупнейшим ученым, каждое слово которого жадно ловили многочисленные ученики. Но внутренне сам он изменился мало: он продолжал оставаться энтузиастом, с юношеским жаром ищущим истину и прокладывающим в науке все новые и новые пути.
Во время экскурсий Вильямс совмещал обучение будущих луговодов с постоянной исследовательской работой. Он обратил внимание, что в долине Волги в некоторых местах огромные площади занимают пески, и заметил, что такие песчаные массивы чаще всего встречаются в тех районах, где река принимает какой-нибудь мощный приток. Он заинтересовался этим явлением и научно объяснил его. «При впадении всякого притока в реку, — писал он, — происходит неизбежный подпор воды, особенно в весеннее половодье, и, как неизбежное следствие подпора воды реки водою ее притока, замедление быстроты течения воды реки выше подпора и расширение русла разлива во время весеннего половодья, что также влечет за собой неизбежное увеличение массы отлагаемого весной в области бечевника песка. Лучшей иллюстрацией только что сказанного являются колоссальные скопления песка при впадении в Волгу Оки, Камы и Суры».
Во время этих же путешествий у Вильямса складывается его учение о речной пойме как о своеобразном природном комплексе, в котором все его главнейшие особенности — рельеф, почвы, растительность — закономерно связаны друг с другом и все вместе обусловлены режимом реки.
На лугу в долине Оки, недалеко от ее впадения в Волгу, был заложен глубокий «почвенный разрез, по его слоям читал ученый историю Окской поймы. Верхние горизонты этого разреза были отчетливо слоисты, они имели светлосерый цвет, были бесструктурны, пеечано-пылеваты. Эти горизонты образовались в современную нам эпоху, когда лесов в бассейне реки стало уже меньше, бурные весенние паводки ежегодно приносили в пойму материал, сносимый с соседних склонов и водоразделов, и откладывали его в долине слоями. Это была, по терминологии Вильямса, «слоистая пойма». Но слоистый светлосерый материал шел в разрезе только до глубины полутора метров. Здесь картина резко менялась — почва была на такой глубине темносерой, почти черной, содержала много иловатых частиц и имела превосходную комковато-зернистую структуру. Это была зернистая пойма. Сформировалась она в те времена, когда почвообразование в пойме не прерывалось ежегодными буйными разливами реки, в бассейне которой было много лесов, замедлявших таяние снегов.
Подтверждение своей теории образования поймы Вильямс нашел в долинах некоторых небольших рек — притоков Оки и Волги. У этих небольших речек не было бурных разливов," их режим был спокойным и плавным в связи с тем, что в бассейнах речек сохранились леса. В долинах этих рек совершенно не было слоистой поймы, прямо на поверхность выходила зернистая.