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Der Naturraum Sundgauer Hügelland ist im Osten durch den Steilabfall zur Niederterrasse der Hardt begrenzt. Im Süden geht das Hügelland bis zum Pfirter (Falten)-Jura (französisch Jura de Ferette). Das Leimental sowie das Bruderholz gehören im Südosten noch zum Sundgauer Hügelland. Hier bildet die Rheintalflexur die Begrenzung zum Tafeljura. Im Westen lässt sich die Grenze mehr oder weniger mit der Wasserscheide Rhein–Rhône gleichsetzen. Dort ist diese zugleich Sprachgrenze, wie sie auch zwischen 1871–1918 und 1940–1944 politische Grenze war. Im Norden wird die Grenzlinie gegen die Vogesen etwa zwischen Doller und Thur gezogen. Das Sundgauer Hügelland gehört naturräumlich zur Oberrheinischen Tiefland. Es kann in drei Teilräume unterteilt werden: den Niederen Sundgau im Osten, den Hohen Sundgau mit den Flüssen Ill und La Largue im Zentrum und den Sundgau belfortain im Westen..
Der Sundgau führt im Westen etwa ab Belfort in die Burgundische Pforte, welche naturräumlich wie kulturräumlich einen Durchgangsraum bildet. Gleichzeitig ist sie die kontinentale Hauptwasserscheide zwischen den Einzugsgebieten des Rheins und der Rhône. Grosse Teile des Sundgaus werden durch die Ill und ihren Nebenfluss La Largue entwässert. Die Ill entspringt im Pfirter Jura und fliesst bis Altkirch Richtung Nordwesten und von da an durch das ganze Elsass Richtung Nordosten, bis sie unterhalb Strasbourg in den Rhein mündet. «Elsass» bedeutet ja auch soviel wie «die an der Ill sitzen», also die Bewohner westlich des Oberrheinufers.
Nur ganz kleine Bäche entwässern die östlichen Sundgauteile gegen die Rheinebene hin.
Die südöstlichen Hügel des Sundgaus erheben sich rund 50 Meter über die Niederterrassenebene des Oberrheins. Sie bestehen aus Rheinschottern und sind mit Löss bedeckt. Das Vorhandensein von Rheinschottern belegt, dass der Rhein im Tertiär zeitweise gegen Westen und nicht gegen Norden floss. Der Löss ist ein Relikt der Eiszeit und wurde vom Wind aus den Schotterebenen des Rheins hierhin verweht. Schotter und Löss sind unterschiedlich mächtig und ungleichmässig verteilt.
Die vielen Ackerflächen im Löss-Hügelland wurden früher in Form von Wölbäckern bewirtschaftet. Diese alte Kulturform wurde erreicht, indem immer vom Rand in Richtung Inneres der Parzelle gepflügt wurde. Das Zentrum der Äcker lag darum bald höher als die Randbereiche. An diesen sammelte sich das Wasser, das im feinen Löss und Lösslehm nur langsam versickert.
Im östlichen, lössreichen «Niederen Sundgau» wird vor allem Ackerbau betrieben. Der westliche «Höhere Sundgau» jenseits der Ill besitzt weniger Löss und ist niederschlagsreicher. Die landwirtschaftliche Nutzung des östlichen Sundgaus zeichnet sich durch viel Offenland und wenig Waldbedeckung aus. Der Waldanteil im gesamten Sundgau beträgt nur 15–20 %. Im Offenland überwiegt der Getreideanbau, wobei der Mais den grössten Anteil besitzt. Auch Winterweizen und Gerste zur Bierherstellung und als Viehfutter werden angebaut. Früher wurde der Mais nur auf der Niederterrasse angebaut, heute findet man ihn auch im Sundgauer Hügelland. Der Mais wird hauptsächlich verfüttert, was zu einer Zunahme der Tierhaltung geführt hat. Das Streuobst, das früher viel zu finden war, ist in den letzten Jahrzehnten immer seltener geworden.
Da keine Nord-Süd verlaufenden Gebirge vorhanden sind, können die kalten Ost- beziehungsweise feucht-warmen West-und Südwestwinde ungehindert ins Rheintal einströmen. Die Temperaturen sind im Sundgau etwas niedriger als in der Oberrheinischen Tiefebene. Ebenfalls nehmen die Niederschläge nach Westen zu.
HPM