Con la rápida urbanización e industrialización, las metrópolis de China han experimentado un gran cambio en el uso del suelo, lo que ha tenido un profundo impacto en el medio ambiente ecológico. En consecuencia, las contradicciones entre los espacios de producción, vivienda y ecológicos regionales se han intensificado. El estudio de la optimización del espacio de producción-vivienda-ecológico (PLES) es crucial para el uso sostenible de los recursos del suelo y el desarrollo socioeconómico regional. Sin embargo, la investigación sobre la optimización de los patrones de uso del suelo basada en PLES aún se está explorando, y aún no se ha desarrollado un marco técnico unificado para la optimización integrada. Los servicios ecosistémicos (ES), como un puente entre las personas y la naturaleza, proporcionan un vehículo para la interconexión de los elementos del sistema humano-terreno. La integración de la oferta y la demanda de ES en las evaluaciones de ecosistemas puede mejorar la relevancia política y la aplicación práctica del concepto de ES en la gestión del suelo y también es propicia para lograr la seguridad ecológica y salvaguardar el bienestar humano. En este estudio, se desarrolló un marco integrado que comprende cuatro pasos clave para optimizar el PLES de tal manera que todos los servicios ecosistémicos estén en superávit en la medida de lo posible. También se aplicó a un estudio de caso en los tramos medio e inferior de la cuenca del río Amarillo. Se utilizó un análisis de regresión entre ES y PLES para derivar umbrales de equilibrio para la oferta y la demanda de ES. Se utilizó el método del diagrama de fase ternario para determinar la dirección y magnitud de la optimización del PLES, y finalmente, se hicieron las recomendaciones de optimización correspondientes a diferentes escalas.