La evaluación precisa del valor de los servicios ecosistémicos (VSE) es crucial para la gestión ambiental sostenible, especialmente en regiones con alta sensibilidad ecológica y una importancia socioeconómica significativa. Este estudio se centra en la cuenca del río Amarillo e integra la matriz de transición de uso del suelo, el método de factores equivalentes, el análisis de compensación y sinergia de servicios ecosistémicos, y el detector geográfico de parámetros optimizados para analizar la evolución espaciotemporal y los mecanismos impulsores del VSE desde 2000 hasta 2023. Los resultados muestran que (1) las tierras de cultivo y los pastizales son los principales tipos de uso del suelo en la cuenca del río Amarillo, y durante la rápida urbanización, la expansión de la tierra construida proviene principalmente a expensas de las tierras de cultivo y los pastizales. (2) El VSE total en la cuenca ha aumentado de manera constante, siendo el pastizal el principal contribuyente entre los tipos de suelo; los servicios de regulación, particularmente la regulación hidrológica, son los servicios ecosistémicos centrales en términos de suministro, regulación, soporte y funciones culturales. (3) Las áreas de alto VSE en las partes oriental y central de la cuenca han ido expandiéndose con el tiempo, exhibiendo un patrón espacial de valores más altos en el oeste y más bajos en el este, distribuidos principalmente a lo largo del río, con efectos de agrupamiento que se debilitan gradualmente. (4) Los servicios ecosistémicos demostraron predominantemente relaciones sinérgicas, sugiriendo un potencial para la gestión integrada de ecosistemas. (5) La densidad de población, el DEM, la temperatura media anual y la pendiente son los factores dominantes que influyen en la variación espacial del VSE, con los efectos combinados de la topografía y el clima que mejoran significativamente la explicación de la heterogeneidad del VSE. Este estudio profundiza la comprensión de los mecanismos evolutivos de los servicios ecosistémicos en la cuenca del río Amarillo y proporciona apoyo científico y referencias para la toma de decisiones sobre mecanismos de compensación ecológica regional, asignación optimizada de recursos de tierra y gestión de ecosistemas de cuencas.