Нет, любые изменения, внесенные в переменные среды в подпроцессе, остаются в этом подпроцессе. (Насколько я знаю, это так). Когда подпроцесс завершается, его среда теряется.
Я бы посоветовал заставить скрипт оболочки печатать свою среду или, по крайней мере, переменные, которые вас интересуют, в стандартный вывод (или стандартную ошибку, или он мог записать их в файл), и вы можете прочитать этот вывод от Python.