El fertilizante de nitrógeno (N) es un elemento crítico que afecta el rendimiento del arroz. Sin embargo, sus efectos en la acumulación de materia seca (DMA), la acumulación de N y sus mecanismos fisiológicos con el rendimiento del grano y la eficiencia de utilización de N aún carecen de un estudio en profundidad. Tres variedades de arroz a gran escala: Jinxiangyu 1, Nanjing 46 y Huaidao 5, se utilizaron en dos experimentos de campo con diferentes tasas de aplicación de fertilizantes de N para examinar el rendimiento del grano y la eficiencia de utilización de N. Los resultados mostraron que: (1) En el rango de 0 ~ 360 kg ha tasa de aplicación total de N (TNAR), los rendimientos de arroz de las tres variedades fueron máximos bajo la TNAR a 270 kg ha. La TNAR óptima para el mayor rendimiento de Jinxiangyu 1, Nanjing 46 y Huaidao 5 se calcularon en base a regresiones cuadráticas con valores de 305.5 kg ha, 307.6 kg ha y 298.0 kg ha, y los rendimientos correspondientes fueron de 10.3 t ha, 10.6 t ha y 10.2 t ha, respectivamente. La eficiencia de utilización de N disminuyó gradualmente con el aumento de la TNAR, y la eficiencia de recuperación disminuyó de 35.7 ~ 38.19% a 29.61 ~ 31.59%. (2) El rendimiento estuvo significativamente correlacionado positivamente con la DMA y la acumulación de N desde la etapa de embuchado (HD) hasta la etapa de madurez (MA). La DMA y la acumulación de N de HD-MA estuvieron significativamente correlacionadas positivamente con la tasa fotosintética de las hojas, la acumulación de carbohidratos no estructurales (NSC) en tallos, la actividad de oxidación de raíces, los contenidos de zeatina (Z) + ribósido de zeatina (ZR) en raíces, y la actividad de nitrato reductasa (NR) y glutamato sintasa (GOGAT) en HD. (3) En el rango de 0 ~ 216 kg ha tasa de aplicación de N en panoja (PNAR), el rendimiento de arroz fue máximo bajo la PNAR a 108 kg ha. La PNAR óptima para el mayor rendimiento de Jinxiangyu 1 se calculó en base a la regresión cuadrática con un valor de 139.5 kg ha, y el rendimiento más alto fue de 9.72 t ha. La tasa fotosintética de las hojas, la acumulación de NSC en tallos, la actividad de oxidación de raíces, los contenidos de Z + ZR en raíces y la actividad de NR en hojas en el arroz fueron mayores bajo 108 kg ha PNAR. La aplicación excesiva de fertilizante en panoja redujo los indicadores fisiológicos anteriores y el rendimiento de arroz. Los resultados anteriores mostraron que optimizar el fertilizante de N podría aumentar la tasa fotosintética de las hojas, la acumulación de NSC en tallos, la actividad de oxidación de raíces, los contenidos de Z + ZR en raíces y la actividad de NR de HD a MA, lo cual fue beneficioso para mejorar la DMA y la absorción de N durante HD-MA, mejorando así el rendimiento del grano y la eficiencia de utilización de N en el arroz.