Resumo. O uso de modelos de regressão na agricultura permite a análise e otimização de manejos. A aveia é um cereal que possui diversas qualidades nutricionais para alimentação humana e é dependente de nitrogênio (N) para garantir produtividade com qualidade. O objetivo deste estudo é empregar modelos de regressão polinomiais na otimização do uso de nitrogênio no cultivo da aveia, maximizando a produtividade industrial com previsibilidade da expressão de componentes relacionados à qualidade química de grãos. Para isto, foi realizado um experimento em condições reais de cultivo da aveia, em delineamento de blocos casualizados com quatro repetições, em um fatorial 4×6 (4 doses de nitrogênio e 6 anos agrícolas). Foram realizadas análises de regressão linear e quadrática. O nitrogênio evidenciou eficiência no incremento de 3,3 kg ha −1 de produtividade industrial (PI) e de 0,10 g kg −1 de grãos de proteína total (PT), a cada quilograma de N aumentado por hectare, independente de ano agrícola. Porém, quanto à fibra total (FT), houve um decremento de 0,05 g kg −1 , nas mesmas condições. A dose mais ajustada de N ocorre em torno de 83 kg ha −1 , independente de ano agrícola, garantindo elevada produtividade industrial de grãos de aveia, com componentes de qualidade química estimados em 109 g kg −1 de PT e 125 g kg −1 de FT.