Los parques nacionales (PN) son las áreas protegidas emblemáticas en la red de conservación de China y juegan un papel clave en la protección ecológica de los objetos centrales y los paisajes naturales importantes. Sin embargo, la escasez de métodos de optimización espacial basados en indicadores cuantitativos ha limitado la identificación espacialmente explícita de los parques nacionales. Por lo tanto, en este estudio, seleccionamos el área principal del río Tarim (MTR) en Xinjiang como un ejemplo para optimizar el límite espacial de un parque nacional. Construimos un sistema de evaluación basado en la representatividad, la importancia ecológica y la base del área protegida existente. Posteriormente, empleamos de manera integral un modelo de distribución de especies para simular el hábitat de los principales objetivos de conservación. Además, optimizamos espacialmente la región utilizando un modelo lineal entero, considerando múltiples escenarios. Los resultados de este estudio muestran que menos del 30% de las áreas protegidas existentes en el MTR protegen objetos de conservación. Usando diferentes objetos de protección y objetivos cuantitativos, los resultados de optimización espacial para los ocho escenarios de protección muestran que el escenario de establecimiento de parque nacional más efectivo cubre un área total de 15,009.3 km2, que es 8,157.5 km2 más que el área protegida ya existente e incluiría la Reserva Natural Nacional de Populus del Tarim y el Parque Forestal de Populus del Tarim de Luntai. El costo de oportunidad a pagar por la protección según este límite es de aproximadamente 115.14 millones de USD. Las tasas de protección de cada objeto de protección para el parque ampliado son superiores al 50%, lo que es un 27.7% más alto que el efecto de protección producido por el área protegida existente, por lo que recomendamos que se establezca el Parque Nacional Tarim sobre la base de este límite.