Las actividades humanas han aumentado el desequilibrio en la deposición atmosférica de N y P, lo que cambia la disponibilidad de nutrientes en el suelo y, posteriormente, afecta la estructura y función de los ecosistemas terrestres. Las plantas dioicas son partes importantes de los ecosistemas terrestres y se caracterizan por diferencias relacionadas con el sexo en su respuesta al entorno externo y siempre exhiben una proporción de sexos sesgada, lo que las hace más vulnerables al cambio climático y aumenta su riesgo de extinción. Sin embargo, se ha prestado poca atención a los efectos de la deposición desequilibrada de N y P en estas plantas, especialmente en sus rasgos de defensa. En este estudio, utilizamos plantas dioicas para investigar la influencia de la deposición de N y P en gradiente sobre la correlación entre los rasgos de crecimiento y defensa. Los resultados mostraron que, aunque las diferentes tasas de deposición de N y P aumentaron la acumulación de biomasa en ambos sexos en diversos grados, el incremento de biomasa más sustancial se observó bajo un régimen de tratamiento de nitrógeno bajo y fósforo alto (LNHP), con las hembras mostrando un aumento de aproximadamente el 112% y los machos un aumento del 47% en la biomasa total. En respuesta a los diferentes niveles de deposición simulada de N y P, los machos y las hembras adoptan estrategias distintas para la asignación de biomasa. Aunque se observaron disminuciones en la biomasa de raíces en ambos sexos a medida que aumentaba la disponibilidad de nutrientes, el decremento fue más marcado en los machos; bajo el tratamiento LNHP, cayó aproximadamente un 11%, mientras que bajo un tratamiento de nitrógeno alto y fósforo alto (HNHP), la disminución fue de aproximadamente el 35%. Por el contrario, las hembras demostraron una mayor propensión a asignar biomasa hacia el desarrollo de hojas. Además, con el aumento de la deposición de N y P, hubo una reducción general en las concentraciones de sustancias de defensa físicas y químicas dentro de las hojas de ambos sexos. No obstante, las correlaciones entre las sustancias de defensa, el contenido de elementos nutrientes, el contenido de carbohidratos no estructurales (NSC) y la biomasa seca fueron más pronunciadas en los machos, lo que sugiere una mayor sensibilidad a las respuestas de las sustancias de defensa en los machos que en las hembras. En general, estos resultados indican que hay dimorfismo sexual en la acumulación de sustancias químicas en machos y hembras bajo una deposición desequilibrada de N y P y proporcionan una base técnica y teórica para predecir la dinámica poblacional de las plantas dioicas, mantener la estabilidad de las poblaciones de álamo y construir plantaciones de álamo de alta productividad a nivel global en el futuro.