Ok, finalmente resolvi o problema. Eu sou apenas idiota Você só precisa definir a variável manualmente. Eu já tentei dessa forma, mas cometi um erro no nome da variável ...
exec('SCIHOME=/var/www/ scilab -nwni -nb -e "m=[1 2 3; 3 4 5];disp(m);exit;" 2>&1', $output);