为了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，在湖南省长沙市新建高标准农田开展田间试验，设置不施肥（T1，CK）、常规施肥（T2）、常规施肥 + 亩施 250kg 商品有机肥（T3）、常规施肥 + 亩施 500kg 商品有机肥（T4）、常规施肥 + 亩施 750kg 商品有机肥（T5）共计 5 个处理，利用相关性分析、随机森林模型与回归拟合分析等方法，分析各处理的土壤肥力、籽粒元素、水稻产量及产量构成因素的变化。结果表明：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大，其中商品有机肥施肥处理的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%。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；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%。随机森林模型显示，穗长、有机肥施用量与株高对水稻产量的影响较大；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，推荐最佳有机肥施用量为 9180.00kg/hm2，此时可获得最高产量 9568.52kg/hm2。因此，为推动湖南省新建高标准农田的土壤培肥进程，有机肥施用量建议以 9180.00kg/hm2为宜。