中国作为世界上最大的二氧化碳排放国,受到了来自国际和国内的双重减排压力。其二氧化碳排放量逐年增加,在2000年至2011年期间,上升的趋势最为明显,增加了大约2.85倍。为彰显大国形象、转变经济增长方式与推动低碳经济发展,中国主动承担了一系列减排任务。为实现所承诺的减排目标,中国政府颁布并实施了包含基于指挥控制和基于市场化等在内的多种减排措施。边际减排成本（Marginal Abatement Cost,MAC）的测算可以为减排措施的实施与评估提供基础性决策信息。特别是在我国,各地区经济发展方式、产业结构、能源消费结构、技术水平、资源禀赋均不相同,导致其碳减排成本和代价存在巨大差异。客观合理地测算各地区间的减排成本的差异,能够有效地平衡各地区经济发展与环境保护,促进“资源节约型、环境友好型、生态文明型”社会的建设。然而,一方面,现有对边际减排成本的测算方法种类繁多,且没有统一标准,这导致不同主题、研究范围和计算逻辑下的计算结果相差巨大。且同一类方法针对不同的研究对象、改进方向或应用场景也有着极大的差异,因此需要从多个视角进行研究。另一方面,对测算结果的进一步应用是边际减排成本研究的核心内容,然而现有文献对这两方面的协同研究还较少。为此,本文从理论与应用两方面对边际减排成本进行了如下研究。（1）对二氧化碳边际减排成本的现有成果进行梳理,明确不同模型的优缺点与适用性,从而进一步明确文章在数据包络分析（Data Envelopment Analysis,DEA）方法框架下进行相关研究。简单而言,非参数（一般指DEA模型）方向性距离函数（Directional Distance Function,DDF）测算方法立足于生产经济学理论,可将应用层面推广至企业、行业等微观层面,且具有无需确定具体的函数形式、计算处理容易、信息表达明确等优点,为此确定了本文的方法研究框架为DEA方法。（2）非集中视角下二氧化碳边际减排成本直接测算及应用。首先在非集中视角下（非集中指的是以各省为研究对象）,提出一种改进测算方法以避免负值形式边际减排成本的出现。并提出分解模型以研究影响二氧化碳边际减排成本的内在因素。最后在考虑公平与成本最小化的目标下,运用拟合的边际减排成本曲线对各个省份进行二氧化碳减排任务分配。（3）集中视角下二氧化碳边际减排成本直接测算及应用。为解决“一价率”问题,首先将研究对象从省域层面上升到国家层面,在集中视角下提出集中式DEA模型,测算国家整体边际减排成本和不同发展模式下的边际减排成本（即管理支配模式与自然支配模式）。最后将结果运用于碳税的设定研究之中,为我国实施碳税提供了相关政策建议。（4）能源投入优化视角下二氧化碳边际减排成本直接测算及应用。我国现阶段二氧化碳排放主要由能源消耗产生,为直接体现二氧化碳边际减排成本与能源投入之间的关系并解决能源优化过程中的增加或减少问题,首先运用方向偏导技术分别对决策单元的能源左、右边际生产率和二氧化碳左、右边际减排成本进行测算。紧接着构建了一个可主动调整能源投入DEA模型来估算碳交易对碳排放的影响,并进一步地估算了碳交易对碳达峰的加速效应。（5）碳交易视角下二氧化碳边际减排成本间接测算及应用。先计算二氧化碳边际减排成本,再将其进行运用的研究模式可能造成计算冗余或与应用层面契合度不够的缺陷。为解决这一缺陷,在碳交易视角下提出了间接估算方法,同时研究了碳交易对经济的影响、碳交易中的初始配额分配模式选择与碳交易价格设定等问题。在实证结果的基础上,为建立全国性碳交易市场给出了相关政策建议。