气候变化和人类活动显著改变了生态系统要素及其之间的权衡/协同关系，探究要素之间的关系及其关键影响因子对于指导生态系统管理和应对未来气候变化至关重要。以西辽河流域为研究区，分析1990—2020年生态系统要素的时空变化及生态用地、农田和沙地景观梯度的演变，应用相关性分析和双变量空间自相关模型刻画生态用地与农田、沙地之间的权衡/协同关系，并通过地理探测器揭示影响生态用地与农田、沙地之间权衡程度变化的关键因子。结果表明：(1)西辽河流域生态用地减少、非生态用地增加，具体表现为生态用地中水体和草地面积分别减少了25.7%和5.2%,非生态用地中农田面积增加了10.2%,生态系统要素之间的转换主要发生在草地、水体和农田之间。生态用地景观梯度在中部逐渐离散，破碎化程度增加；农田景观梯度由东部向西南方向递增和聚集；沙地景观梯度在中部以聚集分布为主。(2)生态用地与农田之间存在显著的权衡关系，权衡区域面积先增加后减少，主要集中在中部和南部平原地区，约占研究区面积的46%;协同区域面积先减少后增加，约占研究区面积的8%,人均GDP和人口密度是影响生态用地与农田权衡关系的重要因子。(3)生态用地与沙地的权衡区域集中在科尔沁沙地和西部山区，权衡区域与协同区域均呈现长期且相对稳定的态势，其权衡面积占比约为研究区域面积的23%,协同区域约占研究区面积的22%。高程和城市化速率是影响生态用地与沙地权衡关系的重要因子。研究结果可以为流域生态系统空间优化和管理提供科学依据。