La comprensión de las interacciones complejas (es decir, compensaciones y sinergias) entre los servicios ecosistémicos (SE) y la exploración de la optimización del uso del suelo son importantes para realizar una gobernanza ecológica regional y un desarrollo sostenible. Este estudio examinó la Región de Guanzhong, en la provincia de Shaanxi, como objeto de investigación. Establecimos 12 escenarios futuros de uso del suelo y proyectamos los patrones futuros de uso del suelo bajo los escenarios de cambio climático futuro y las políticas de desarrollo local. A continuación, evaluamos los cuatro principales servicios ecosistémicos: secuestro de carbono (SC), calidad del hábitat (QH), conservación del suelo (CS) y suministro de alimentos (SA) utilizando fórmulas relacionadas y el modelo InVEST. Además, se utilizó la frontera de posibilidades de producción (FPP) para medir las compensaciones y las relaciones sinérgicas entre los SE, y extraer el grupo óptimo de SE bajo las diferentes necesidades de objetivos. Los resultados son los siguientes: (1) En los 12 escenarios futuros de uso del suelo de 2050 en la Región de Guanzhong, la superficie forestal aumentó evidentemente en el escenario de protección ecológica RCP2.6 (18,483.64 km). En el escenario de desarrollo urbano rápido RCP6.0, la superficie de construcción mostró una expansión evidente en las áreas central y noreste (4764.52 km2). (2) En comparación con los SE bajo los múltiples escenarios futuros, el SC y la QH alcanzaron el valor máximo en el escenario de protección ecológica RCP8.5. En el escenario de protección ecológica RCP2.6, la cantidad de CS fue la mayor (3.81 x 106 t). El SA en el escenario de negocio habitual RCP2.6 obtuvo el valor máximo (18.53 x 106 t). (3) Al trazar la curva óptima de FPP de múltiples escenarios en 2050, se encontraron relaciones de compensación entre el SA y el SC, la QH y el CS, y se encontraron relaciones sinérgicas entre el SC, la QH y el CS. A continuación, se seleccionaron los grupos óptimos de SE bajo la curva ajustada comparándolos con los SE de 2018, y ajustando las áreas de uso del suelo y el patrón espacial para finalmente optimizar las relaciones entre los SE y lograr el mejor patrón espacial de uso del suelo.