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.