Resumo. Modelos matemáticos aplicados em biossistemas trazem informações relevantes para o planejamento de práticas agrícolas, viabilizando sistemas de produção sustentáveis e inovadores. Para alcançar a máxima expressão de produtividade dos grãos de aveia é necessário o ajuste de técnicas de manejo que proporcionem melhor eficiência de uso de nitrogênio pela planta. Neste contexto, o objetivo do estudo é estabelecer a estimativa para a otimização da capacidade de aproveitamento de nitrogênio pela aveia à maior produtividade de grãos e de indústria por modelos que dimensionam a máxima eficiência técnica, econômica e de estabilidade. O estudo foi realizado em delineamento de blocos casualizados com quatro repetições seguindo um modelo fatorial 4 x 2, para doses de nitrogênio (0, 30, 60 e 120 kg ha −1 ) e cultivares de aveia (Barbarasul e Brisasul), no sistema de sucessão soja/aveia. A máxima eficiência técnica, independente da condição de ano agrícola promove maior produtividade de grãos e de indústria com as doses médias de 86 e 81 kg ha −1 de nitrogênio, respectivamente. Já, a máxima eficiência econômica, considerando a relação preço do produto e insumo, independente da condição de ano agrícola proporcionou valores similares da produtividade de grãos e de indústria aos obtidos pela máxima eficiência técnica com as doses médias de 71 kg ha −1 e 51 kg ha −1 de nitrogênio. O parâmetro de estabilidade indica comportamento previsível, independente da condição de ano agrícola na dose de 60 kg ha −1 de nitrogênio para a produtividade de grãos e de indústria. Esta dose de nitrogênio promove, alta produtividade e qualidade de grãos, aliada a possibilidade de diminuir as perdas de nitrogênio ao ambiente, reduzindo os impactos ambientais.