Почему nginx отдает неверный заголовок ответа charset?

Спасибо! Нашел в директиве default_charset php.ini php.net/manual/ru/ini.core.php#ini.default-charset C версии 5.6 значение utf-8 устанавливается автоматически.

Как красиво прописать rewrite .php файла, чтобы он выполнялся ранее location, отвечающего за обработку fcgi?

Что ты имеешь ввиду под основным location? "location /" ?