为综合评价湖南省新建高标准农田土壤培肥与有机肥施用量对土壤肥力和水稻产量的影响，促进湖南省新建高标准农田土壤肥力提升、作物高效施肥与水稻产量提高。本研究在湖南省长沙市新建高标准农田开展田间试验，采用随机区组设计，设置不施肥为对照（T1，CK）、当地农户习惯施肥为常规施肥（T2）、常规施肥+亩施250公斤商品有机肥（T3）、常规施肥+亩施500公斤商品有机肥（T4）、常规施肥+亩施750公斤商品有机肥（T5）共计5个处理，并利用相关性分析、随机森林模型与回归拟合分析等方法，分析各处理土壤肥力、籽粒元素、水稻产量及构成因素的变化。结果表明：1）不同土壤培肥方式对湖南省新建高标准农田土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷、速效钾含量的影响较pH值、全磷、全钾含量更大，其中有机肥施用量处理土壤全氮与速效钾含量较T1处理分别增加7.41%~20.16%和74.39%~87.20%，较T2处理分别增加6.53%~19.18%和67.25%~79.53%。2）不同施肥处理间水稻籽粒氮含量较籽粒磷、钾含量差异更显著，T5处理籽粒氮含量显著高于T1、T2与T4处理（P<0.05）；不同处理水稻产量呈现T4/T5>T3>T2>T1的显著趋势，其中T4处理水稻产量较T5处理提高8.60%。3）随机森林模型显示穗长、有机肥施用量与结实率对水稻产量的影响较大（P<0.05），回归拟合分析发现有机肥施用量处理对水稻产量的影响呈单峰曲线关系，并推荐最佳有机肥施用量为9180.00 kg/hm2时，获得最大产量为9568.52 kg/hm2。因此，为推动湖南省新建高标准农田的土壤培肥进程，有机肥施用量以9180.00 kg/hm2为宜。