La meseta de Loess es una de las regiones ecológicas más frágiles de China debido a su escasez de recursos hídricos y a la grave erosión del suelo. El rápido desarrollo de la urbanización y la implementación del proyecto de devolver tierras agrícolas a bosques (pastizales) han causado un fuerte impacto en el medio ambiente ecológico de la región por actividades humanas. Es necesario investigar las características de evolución espacial y temporal de los servicios ecosistémicos y las relaciones de compensación/sinergia en la meseta de Loess, para lograr una gestión científica de los servicios ecológicos y un desarrollo sostenible de la región. Este estudio evalúa cuantitativamente tres servicios ecosistémicos de producción de agua (WY), almacenamiento de carbono (CS) y conservación del suelo (SC) en la meseta de Loess bajo diferentes escenarios desde 2000 hasta 2030 utilizando los modelos InVEST y PLUS. Además, se han investigado las relaciones de compensación y sinergia entre los servicios ecosistémicos mediante análisis de correlación de Spearman. Los resultados mostraron que las diferencias en el uso del suelo son más evidentes bajo diferentes escenarios de políticas, con una fuerte expansión de tierras construidas, un aumento gradual de tierras forestales y una disminución continua de tierras cultivables en la meseta de Loess de 2000 a 2020; la producción de agua y la conservación del suelo aumentan de 2000 a 2020, y el almacenamiento de carbono muestra una tendencia opuesta. Los escenarios de conservación del suelo y almacenamiento de carbono son los mejores bajo el escenario de conservación ecológica en 2030, mientras que el servicio de producción de agua es el mejor bajo el escenario de desarrollo económico. Existe una relación sinérgica entre CS y SC, mientras que hay una relación de compensación entre CS y WY. Además, hay efectos de compensación significativos entre SC y WY. Estos resultados pueden apoyar la gestión del uso del suelo y la restauración ecológica.