Aclarar las complejas relaciones entre los servicios ecosistémicos (SE) y sus mecanismos impulsores es esencial para una gestión efectiva de los ecosistemas y para mejorar el bienestar humano. No obstante, la investigación actual sobre estos temas sigue siendo limitada; por lo tanto, se requiere una mayor exploración teórica. Este estudio tiene como objetivo ilustrar cuantitativamente la intensidad de los compromisos de los SE e investigar las conexiones de heterogeneidad espaciotemporal entre estas relaciones y varios factores antropogénicos y naturales en la cuenca de Baiyangdian, China, integrando los métodos InVEST, RMSE, detector geográfico y MGWR. Desde 2000 hasta 2020, el rendimiento total de agua (RY) y la exportación de nutrientes (EN) aumentaron, mientras que el almacenamiento total de carbono (AC) y la calidad del hábitat (QH) disminuyeron ligeramente. Los compromisos de los SE mostraron heterogeneidad espaciotemporal. El compromiso más serio ocurrió entre los servicios de regulación (AC y EN) y los servicios de apoyo (QH) en 2000, que se distribuyó principalmente en las regiones occidentales y septentrionales del basin densamente forestadas y cubiertas de hierba. Las intensidades de compromiso de la mitad de los pares de SE en 2020 aumentaron, con las áreas fortalecidas ubicadas principalmente en el sureste de la cuenca donde se concentran las tierras urbanizadas. Varios factores dominaron los compromisos entre los SE, siendo los efectos interactivos de múltiples impulsores más significativos que los de factores individuales. El tipo de uso del suelo, la cobertura vegetal y la precipitación tienen el efecto más pronunciado en los compromisos entre los SE. Los hallazgos de este estudio pueden sugerir y abogar por estrategias ecológicas espaciales para mejorar el avance integrado y holístico de varios SE y también servir como referencia para la gobernanza regional de ecosistemas y la consecución de un crecimiento sostenible.