Optimizar la fertilización nitrogenada en regiones con precipitaciones escasas y variables es difícil, ya que demanda conocer la dinámica del nitrógeno (N) en el sistema suelo-planta bajo siembra directa (SD). Por ello, la hipótesis general fue: en estas regiones la eficiencia de uso del N (EUN) varía con la disponibilidad hídrica y la eficiencia de la fertilización, se puede mejorar conociendo el aporte de N de las fracciones orgánicas lábiles. El objetivo general fue evaluar la EUN en diferentes condiciones edafoclimáticas y estimar la cantidad y origen del N proveniente de la descomposición de la materia orgánica. Para ello, se realizaron 18 ensayos de fertilización combinando dosis y momentos, desde 2004 hasta 2012, en dos ambientes climáticos. Asimismo, se evaluó la mineralización aparente de N, en 78 lotes agrícolas con más de 10 años bajo SD durante 2010 y 2011, con el objetivo de hallar indicadores edáficos de la mineralización y del cultivo. Se pudo comprobar la importancia de las fracciones más lábiles del carbono y del N orgánico sobre el N potencialmente mineralizable de incubaciones de largo plazo en laboratorio. El C de la fracción particulada fina (COPf) podría ser un mejor índice de la mineralización de N que el carbono orgánico particulado total (COPt). El N anaeróbico (Nan) fue el índice más relacionado con la mineralización de N, sin embargo, el uso de los índices rápidos junto con los parámetros del suelo mejoró la predicción de la mineralización aparente. La aplicación de N al macollaje estuvo supeditada a la condición climática del año en particular. Sólo se detectaron mayores rendimientos con la dosis al macollaje -en el ambiente semiárido- en el año donde las precipitaciones superaron ampliamente a la media histórica. Para el ambiente subhúmedo no se encontró ningún efecto diferencial del N aplicado en estados vegetativos del cultivo. El clorofilómetro fue un indicador promisorio del N cosechado, sin embargo, no sería una herramienta certera para predecir el N del grano de trigo. Además, se comprobó que las lecturas de Spad junto con el N disponible predijeron mejor las eficiencias del uso del N y la eficiencia fisiológica. La SD mejoro todas las fracciones orgánicas de N. Si bien el Nan no estuvo asociado al N absorbido en madurez fisiológica, presentó diferencias entre sistemas de labranzas, siendo indicador de la fertilidad potencial, no necesariamente asociado con el rendimiento. / Optimizing nitrogen fertilization in regions with low and variable rainfall is difficult, because it demand to know the nitrogen (N) dynamics in the soil-plant system under no-tillage (SD). Therefore, the general hypothesis was: the N use efficiency (EUN) varies with water availability and efficiency of fertilization can be improved by knowing N supply of labile organic fractions. The overall aim was to evaluate the EUN in different soil and climatic conditions and estimate the amount and origin of N from the decomposition of soil organic matter. From 2004 to 2012, 18 trials were conducted combining fertilization rates and timing in several fields. Also, during 2010 and 2011 the apparent N mineralization was evaluated in 78 agricultural fields, with more than 10 years under SD with the aim of finding soil mineralization and crop indicators. The importance of the more carbon and N labile fractions on potentially N mineralization, determined in long-term incubations was proved. Carbon of fine particulate fraction (COPf) might be a better index N mineralization than the total particulate organic carbon (COPt). Anaerobic N (Nan) was the most related index to N mineralization; however, the use of rapid indexes with soil parameters improved the prediction of apparent N mineralization. Only higher yields were detected by N at tillering -in semiarid environment- where rainfall year exceeded the historical average. In subhumid environment was not found differential effect with N applied at vegetative stages. The clorophyll meter was a promising indicator of N uptake, however, would not be an accurate tool for predicting the N grain. Furthermore, was found that Spad readings with available N improved the prediction of EUN and physiological efficiency. The SD improved all N organic fractions. Although Nan was not associated with the N uptake at harvest, showed differences between tillage systems, being indicator of potential fertility, not necessarily associated with crop yield.