[目的]农牧交错带是我国重要的生态屏障区，厘清农牧交错带流域生态系统服务与居民福祉之间的空间关联可为该区生态系统管理服务于社会经济的可持续发展提供决策依据。[方法]基于修正的生态系统服务价值当量因子法，运用熵权法和聚类分析等方法，测算了农牧交错带典型区域—桑干河流域（山西段）20个县（市、区）2010年、2015年、2020年生态系统服务与居民福祉的空间关联特征。[结果]（1）2010年—2020年间桑干河流域（山西段）人均生态系统服务价值和居民福祉整体上均呈现上升趋势。研究区人均生态系统服务价值呈现南、北部低的空间分布格局；居民福祉水平的高值区则分布在沿桑干河主干道的西南—东北方向上。（2）利用K-means聚类分析的方法，将研究区生态系统服务和居民福祉的空间关联模式划分为9种模式：高服务高福祉、高服务低福祉、高服务中福祉、低服务高福祉、低服务中福祉、低服务低福祉、中服务高福祉、中服务低福祉、中服务中福祉，并分析了2010年—2020年间桑干河流域（山西段）生态系统服务和居民福祉的空间关联模式变化。（3）通过桑干河流域（山西段）不同空间关联模式的分析，对该区生态系统服务管理提出因应之策。[结论]人均生态系统服务价值与居民福祉均呈增长趋势，研究结果可为桑干河流域生态系统服务与居民福祉协同发展及生态系统管理提供依据。