Revelar las compensaciones y las relaciones sinérgicas entre los servicios ecosistémicos juega un papel clave en asegurar un ecosistema estable para el desarrollo a largo plazo. Es la condición previa crucial para realizar la protección de cuencas y un desarrollo de alta calidad. Se investigan las variaciones en el uso de la tierra durante 1990-2020 tomando como ejemplo las áreas típicas de retorno de tierras agrícolas a bosques. Las distribuciones espaciotemporales de seis servicios ecosistémicos clave, a saber, almacenamiento de carbono, producción de agua, productividad primaria neta (PPN), conservación del suelo, calidad del hábitat y recreación forestal, se cuantifican mediante el modelo InVEST y datos estadísticos. También descubrimos la diferencia espacial en el ecosistema en la Meseta Loess, ubicada en el norte de Shaanxi, con un análisis de puntos calientes y exploramos las correlaciones de compensación y sinergia entre los servicios ecosistémicos investigados. Los resultados muestran que: (1) la superficie de tierras agrícolas disminuyó drásticamente. Por el contrario, los bosques y huertos aumentaron significativamente. (2) Durante el mismo período, el almacenamiento de carbono y la calidad del hábitat aumentaron, y la producción de agua, PPN, conservación del suelo y recreación forestal inicialmente disminuyeron, pero posteriormente aumentaron a valores más altos que en 1990. Todos estos servicios en la parte sureste del área de investigación superan a los encontrados en el noroeste. (3) Las relaciones de servicios ecosistémicos en el norte de Shaanxi se caracterizan principalmente por correlaciones sinérgicas, que se volvieron más fuertes de 1990 a 2020. Los efectos de compensación ocurren principalmente entre la producción de agua y otros servicios ecosistémicos y se distribuyen en el oeste y el norte del área investigada. Con base en estos hallazgos, este trabajo proporciona principios científicos para mejorar el entorno ecológico y aumentar la sostenibilidad de los recursos del área de estudio.