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草地生态系统在干旱、半干旱地区的生态稳定和陆地生态系统碳循环中扮演着重要的作用。但是，有关干旱、半干旱地区草地植被碳存量动态变化及其对气候和地形因素的响应研究却很少。本研究利用2001–2012年的气象数据、NDVI （normalized difference vegetation index）数据及改进型CASA（Carnegie Ames Stanford Approach）模型模拟估算草地植被碳存量时空动态变化及其对气候和地形因素的响应。研究结果表明：（1）甘肃省草地植被碳存量为4.4×1014 gC，年增长率为9.8×1011 gC (P>0.05)，草地植被碳密度为136.5 gC m–2。（2）草地植被碳密度和碳存量表现出较强的时空变化特征，基本与温度、降水量和太阳辐射的时空变化保持一致，且在高程2500–3500 m、坡度>30°和坡向朝东的时候达到最大值。（3）气象要素（温度、降水量和太阳辐射）对5种草地类型（沙漠和盐碱草地、典型草原、高寒草地、灌草丛和林下草地）植被碳密度的影响主要取决于在空间尺度上草地植被所能获取的水分和热量。研究结果不仅能够为合理解释草地植被碳存量动态变化的时空异质性提供新的证据，同时也能为我国干旱、半干旱地区草地农业管理提供理论和实践基础。