project.pbxprojファイル内に各ターゲットに対するSDKROOTが二つあって混乱したのですが、プロジェクトとターゲット、別々にSDKROOTを持つようです。

project.pbxproj内の下記のコメント部分辺りを読むと、別々に設定があることがわかります：

/ Build configuration list for PBXNativeTarget …
/ Build configuration list for PBXProject …

色々見ていると、各ターゲットの設定がプロジェクトより優先されるようなんですが、Appleの資料(詳細は下の資料の参考3を参照)を見ると、

ターゲットごとにSDKを指定することもできますが、そのようにすると、プロジェクト全体に作用するようなSDK設定を使用している他のXcodeの機能の処理が妨げられる可能性があります

ということが書いてあって、結局はSDKの設定はプロジェクトもターゲットも同じ方が間違いがないかなと思いました。

資料

参考1：

１つのプロジェクトに複数のターゲットを持てるので、ターゲットごとに設定ができるようターゲットの設定が優先されます。全ターゲット（１つの場合も）同じ設定で良いなら、プロジェクトの方だけ設定すれば良いです。 [twicco.jp @tucitter ] posted at 23:15:29
http://twilog.org/iphone_dev_jp/date-090328

参考2：

結論としては、プロジェクトとターゲット、別々に設定できるんだね。
project.pbxprojを直接読んでやって発覚。
http://denrinken.tsbps.com/diary/2009-10.html#2009-10-12b

参考3：

SDK設定がビルドにどのように影響するか

Important: Xcodeにおいて、プロジェクトに対するSDKを選択すると（“「クロス開発のためのプロジェクトの設定」”を参照）、選択したSDKは、プロジェクト内のすべてのターゲットに適用されます（すべてのターゲットが、指定したSDKのヘッダとライブラリを使ってビルドされます）。ターゲットごとにSDKを指定することもできますが、そのようにすると、プロジェクト全体に作用するようなSDK設定を使用している他のXcodeの機能の処理が妨げられる可能性があります。(略)
http://developer.apple.com/jp/documentation/DeveloperTools/Conceptual/cross_development/HowItWorks/chapter_2_section_7.html#//apple_ref/doc/uid/20002001-1105070