La desertificación es un problema ecológico y ambiental global en constante crecimiento. Con la implementación de diversas iniciativas de restauración ecológica, la cobertura vegetal en muchas regiones desérticas ha aumentado sustancialmente. Por lo tanto, es esencial comprender la dinámica de los servicios ecosistémicos (SE) en los ecosistemas desérticos para informar mejor la gestión ambiental. Este estudio integra el modelo InVEST, el modelo RWEQ, el análisis de correlación de Spearman, el método de coeficiente de compensación y sinergia, y el Modelo de Caminos de Mínimos Cuadrados Parciales (PLS-PM) para evaluar sistemáticamente las dinámicas espacio-temporales y los mecanismos subyacentes de cinco SE clave en el Desierto de Kubuqi (KBQ), en el norte de China. Específicamente, la aplicación del PLS-PM permite identificar caminos latentes, efectos indirectos y relaciones causales de múltiples pasos, que los métodos tradicionales basados en correlaciones no logran captar. Los resultados muestran que el Desierto de KBQ experimentó cambios sustanciales en el uso del suelo entre 2000 y 2020: la tierra arenosa disminuyó en 2697.83 km2, la tierra de pasto aumentó en 1864.15 km2, y la tierra cultivada y la tierra urbana se expandieron en 519.15 km2 y 257.74 km2, respectivamente. Los SE mostraron trayectorias divergentes. La calidad del hábitat (HQ), la captura de carbono (CS), la conservación del suelo (SC) y el rendimiento hídrico (WY) mostraron aumentos generales, siendo WY y SC los que aumentaron particularmente fuerte, mientras que el servicio de fijación de arena (G) mostró una tendencia fluctuante. En las últimas dos décadas, HQ-CS, HQ-G y CS-G han mostrado sinergias moderadamente fuertes, mientras que CS-WY ha exhibido un marcado compromiso, y SC-G y SC-CS han mostrado compromisos relativamente más débiles. Los resultados de la distribución espacial de las relaciones de compromiso y sinergia muestran que el Desierto de KBQ está dominado por una relación de sinergia, y las principales combinaciones de relaciones de sinergia son CS-HQ, CS-SC y HQ-SC. Los coeficientes de correlación entre otros pares de SE son generalmente bajos. Además, este estudio identifica caminos clave a través del método PLS-PM, como PRE NDVI SE y LU NDVI SE, revelando las complejas interacciones entre la precipitación (PRE), el uso del suelo (LU) y la dinámica de la vegetación. Los hallazgos muestran que el uso del suelo (LU) ejerce consistentemente un fuerte impacto negativo sobre CS, mientras que PRE y NDVI tienen un efecto positivo significativo sobre WY. Estos caminos profundizan nuestra comprensión de cómo los factores climáticos y antropogénicos afectan los SE, particularmente la influencia de la temperatura (TEMP) sobre la evapotranspiración (ETP), que a su vez afecta WY. Además, el impacto de NDVI sobre la fijación de viento y arena (G) y SC varía con el tiempo, siendo la dinámica de la vegetación un papel particularmente destacado en 2010 y 2015. Estos hallazgos destacan el impacto de la restauración ecológica y la gestión del suelo en los cambios regionales de los SE. Una comprensión integral de las interacciones entre los factores climáticos, LU y la dinámica de la vegetación ayudará a desarrollar estrategias de intervención más efectivas.