Je suis allée au Brésil et j’ai apprécié la diversité de la population : on considère la population du Brésil comme une unité (un ensemble national) mais on fait référence à des caractéristiques différentes (origines ethniques par exemple).
J’ai séjourné dans cet hôtel et j’ai constaté une grande variété de populations : des gens du monde entier, des personnes qui ont des attributions différentes par exemple.
Si vous écrivez « variété de populations » : vous exprimez plutôt des populations différentes (ce sont plusieurs populations).

Une grande variété de populations suppose plusieurs populations qui ont des caractéristiques différentes les unes des autres.
Mais cette variété peut exister au sein même d’un ensemble.
Une grande variété au sein de la population >  une grande variété de la population
C’est l’article qui souligne la différence, même si en effet on peut avoir : une grande variété de population l’absence d’article a un effet généralisant).

Mais ce choix implique des sens différents.

Merci beaucoup !