La expansión de las tierras agrícolas afecta profundamente la calidad del agua de los arroyos. Sin embargo, las relaciones entre los patrones del paisaje y la calidad del agua de los arroyos en diferentes clases de composición de tierras agrícolas siguen siendo poco claras. Observamos las concentraciones de nitrógeno total (NT) y fósforo total (PT), y los patrones del paisaje cambiaron en 78 subcuencas del segmento de Jiangsu de la cuenca del lago Taihu desde 2005 hasta 2020. Los resultados mostraron que el área de tierras agrícolas estaba correlacionada positivamente con las concentraciones de NT y PT. La reducción del 21.10% en el área de tierras agrícolas, junto con un aumento del 41.00% en la tierra edificada, ha llevado a una escalada en la fragmentación de las tierras agrícolas. Mientras tanto, las concentraciones de NT y PT disminuyeron en un 26.67% y un 28.57%, respectivamente. Los cuadrados mínimos parciales sugirieron que la intercalación y la yuxtaposición de bosques y el porcentaje de área forestal eran factores dominantes que influían en la calidad del agua en zonas de tierras agrícolas de alta y media densidad, respectivamente. El Modelo de Autómatas Celulares-Markov muestra una distribución razonable de los bosques. Los escenarios con métricas mejoradas de intercalación y yuxtaposición de bosques (de 75.28 a 91.12) mostraron reducciones en las concentraciones de PT (del 26.92% al 34.61%) y NT (del 18.45% al 25.89%) para 2025 en comparación con un escenario de desarrollo económico natural. La optimización de la configuración del paisaje podría ayudar a los gestores a mejorar la calidad del agua.