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O nitrogênio é o nutriente exigido em maior quantidade, de maior custo, e também o que mais influencia a produtividade da cultura do milho. O objetivo deste trabalho foi avaliar os componentes da produção, produtividade e eficiência agronômica do milho, em função de doses de nitrogênio em cobertura, cultivado no sistema de preparo convencional do solo e plantio direto, na Universidade Estadual Paulista-UNESP, Campus de Botucatu-SP, utilizando a sucessão aveia-preta/milho. O delineamento experimental utilizado foi em blocos casualizados, em esquema de parcelas subdivididas, com quatro repetições. As parcelas foram representadas por sistema de manejo de solo de preparo convencional e plantio direto, e as subparcelas por doses de adubação nitrogenada em cobertura (0, 40, 80, 120 e 160 kg ha-1 de N), utilizando-se ureia como fonte de N. As doses de N promoveram acréscimos nos teores de N total foliar e N total nos grãos. A máxima produtividade de grãos foi obtida com a estimativa de 92 kg ha-1 de N em cobertura. A eficiência agronômica diminuiu quando se aumentaram as doses de N em cobertura, com maiores ganhos na produção de grãos por kg de N aplicado no sistema de plantio direto.