Los cambios en los patrones del paisaje causados por actividades humanas son uno de los factores más importantes que afectan la estructura espacial y los componentes del ecosistema, y tienen un impacto significativo en los servicios ecosistémicos. Comprender la relación entre los patrones del paisaje y los servicios ecosistémicos es importante para mejorar la conservación regional y establecer estrategias de gestión de ecosistemas. Tomando como ejemplo la cuenca del río Huaihe, este estudio utilizó datos de uso del suelo, datos meteorológicos y datos topográficos para analizar los cambios espaciales y temporales en los patrones del paisaje a través de la matriz de transferencia de paisaje y los índices de paisaje, y midió cuatro servicios ecosistémicos (retención de agua, retención de suelo, almacenamiento de carbono y conservación de la biodiversidad) con los modelos InVEST. Además, se utilizó análisis de correlación y el coeficiente de autocorrelación espacial global para analizar el impacto de los cambios en los patrones del paisaje en los servicios ecosistémicos. Los resultados mostraron que las áreas de pastizales y tierras agrícolas habían disminuido continuamente, mientras que las tierras construidas y el agua afectada habían aumentado significativamente. La fragmentación del paisaje se redujo, la conectividad entre parches se debilitó, y la heterogeneidad del paisaje, la uniformidad y la irregularidad de los parches aumentaron. Los cambios en la composición y configuración del paisaje han afectado los servicios ecosistémicos de la cuenca del río Huaihe. La reducción de las áreas de pastizales y el aumento de las áreas de tierras construidas han reducido significativamente la capacidad de retención de suelo, almacenamiento de carbono y conservación de la biodiversidad. Espacialmente, las regiones con baja fragmentación del paisaje y alta conectividad de parches tenían una mayor capacidad de retención de agua y conservación de la biodiversidad, mientras que la retención de suelo y el almacenamiento de carbono eran opuestos. Temporalmente, la reducción de la fragmentación del paisaje y el aumento de la irregularidad de la forma de los parches tuvieron un efecto negativo en la retención de agua, el almacenamiento de carbono y la conservación de la biodiversidad, mientras que la retención de suelo no fue sensible a estos cambios. Los hallazgos de este artículo promueven la comprensión de la relación entre los patrones del paisaje y los servicios ecosistémicos a gran escala y proporcionan orientación teórica para la gestión y planificación de la protección de ecosistemas en la cuenca del río Huaihe, China.