社会发展引起的土地利用变化对生态系统服务和碳排放有显著影响，探讨碳排放与生态系统服务价值（ESV）的时空关联规律，对促进区域低碳绿色发展提供重要的理论和实践借鉴。为揭示土地利用变化下碳排放与ESV的时空关系，以南四湖流域为研究对象，利用2000—2018年5期土地利用数据，采用土地转移矩阵和空间自相关等方法，并引入了碳源、碳汇、净碳排放量、碳排放强度和ESV强度作为研究变量，探索了ESV和碳排放的时空演变特征及其空间关联规律。研究结果表明：19年内流域内各地类间发生了程度不同的转移，其中耕地和建设用地是变化最大的类型；ESV随土地间的相互转化而波动变化，但整体上是增加的，水体面积的增加是导致其增加的决定性原因。ESV强度呈现“东高、西低，湖区不变”的分布特点，这与土地利用方式有关，受自然和社会等多因素影响；流域的碳汇量要远低于碳源量，净碳排放量呈稳定增长态势，其中建设用地的碳排放起着主导作用，因此建设用地在碳减排方面具有较大潜力。碳排放强度在研究期间发生了明显的时空变化，最大值从21.61t/hm~2增长到101.42 t/hm~2，增长了4.69倍，工业化和城镇化是其增长的驱动因素；碳排放强度和ESV强度具有空间负相关性，局部聚集现象明显，以高低聚集区为主转变为以低低聚集区为主，与地类面积和建设用地的碳排放系数有关；低高聚集区的范围和分布变化不大。总之，该流域在整体上面临着ESV和碳排放增加的趋势，根据它们之间的空间关联性，流域应采取有效措施来防止碳排放快速增长对周围区域生态环境带来负面影响，并构建生态良好的循环系统，以实现流域低碳经济。