Sachverhalt:
A. Der 1954 geborene V._ war seit 1989 als Hilfsgärtner tätig. Am 18. November 2004 rutschte er beim Verlegen von Betonplatten aus. Dabei zerrte er sich am Rücken und verletzte sich am linken Ringfinger. Unter Angabe chronischer Rückenschmerzen im Bereich der Lenden- und der Halswirbelsäule bei Diskushernien meldete er sich am 19. August 2005 bei der Invalidenversicherung zum Leistungsbezug an. Die IV-Stelle des Kantons Luzern klärte den medizinischen und erwerblichen Sachverhalt ab. Mit Verfügung vom 28. Februar 2008 verweigerte sie V._ die Ausrichtung einer Rente, weil er in einer behinderungsangepassten Tätigkeit voll arbeitsfähig sei und der Invaliditätsgrad von 14 % keinen Leistungsanspruch begründe.
B. Das Verwaltungsgericht des Kantons Luzern wies die dagegen erhobene Beschwerde mit Entscheid vom 5. August 2009 ab.
C. V._ führt Beschwerde in öffentlich-rechtlichen Angelegenheiten; er beantragt Aufhebung des vorinstanzlichen Entscheides sowie Zusprechung mindestens einer Dreiviertelsrente, eventualiter Rückweisung der Sache zu weiteren Abklärungen; zudem ersucht er um unentgeltliche Rechtspflege.
Vorinstanz und IV-Stelle beantragen Abweisung der Beschwerde; das Bundesamt für Sozialversicherungen verzichtet auf Vernehmlassung.
Erwägungen:
1. Die Beschwerde in öffentlich-rechtlichen Angelegenheiten (Art. 82 ff. BGG) kann wegen Rechtsverletzung gemäss Art. 95 und Art. 96 BGG erhoben werden. Das Bundesgericht legt seinem Urteil den Sachverhalt zugrunde, den die Vorinstanz festgestellt hat (Art. 105 Abs. 1 BGG). Es kann die Sachverhaltsfeststellung der Vorinstanz nur berichtigen oder ergänzen, wenn sie offensichtlich unrichtig ist oder auf einer Rechtsverletzung im Sinne von Art. 95 BGG beruht, wozu auch die unvollständige Tatsachenermittlung zählt.
2. Da Dr. med. Y._, Leiter der Abklärungsstelle für forensische Psychiatrie und Psychotherapie A._, bei der psychiatrischen Begutachtung des Beschwerdeführers gar nicht mitgewirkt hat, sondern sich lediglich in seiner Eigenschaft als Institutsleiter unterschriftlich mit der Beurteilung und den Schlussfolgerungen der Expertin einverstanden erklärte, ist vorliegend die Berufung auf das vorinstanzliche Urteil S 07 682 in einer anderen Streitsache unbehelflich (siehe bereits Urteil 9C_344/2009 vom 29. Juni 2009 E. 3.1). Wie mit Urteil 8C_474/2009 vom 7. Januar 2010 (E. 7 und 8) entschieden worden ist, vermag die Nähe des Dr. med. Y._ zur "Vineyard"-Bewegung weder eine Befangenheit noch Zweifel an der fachlichen Qualifikation zu begründen.
3. Streitig ist der Anspruch auf eine Invalidenrente. Im angefochtenen Entscheid werden die Bestimmungen über den Begriff der Invalidität (Art. 8 ATSG, Art. 4 IVG), die Voraussetzungen für einen Rentenanspruch und dessen Umfang (Art. 28 IVG), die Ermittlung des Invaliditätsgrades bei erwerbstätigen Versicherten nach der allgemeinen Methode des Einkommensvergleichs (Art. 28a IVG, Art. 16 ATSG) sowie die dazu und zum Beweiswert eines Arztberichtes oder Gutachtens ergangene Rechtsprechung zutreffend angegeben. Darauf wird verwiesen.
4. Gesetzliches Gültigkeitserfordernis einer dem Bundesgericht unterbreiteten Rechtsschrift ist nach Art. 42 Abs. 1 BGG u.a. die Begründung der Begehren. Gemäss Abs. 2 erster Satz dieser Bestimmung ist in der Begründung in gedrängter Form darzulegen, inwiefern der angefochtene Akt Recht verletzt. Daran lässt es der Beschwerdeführer weitgehend fehlen. Der erhobene Vorwurf der unvollständigen Tatsachenfeststellung ist kaum substanziiert. Das kantonale Gericht hat im Wesentlichen gestützt auf die als beweiskräftig gewürdigten Administrativgutachten internistisch-rheumatologischer (Dr. med. M._ vom 8. Mai 2006) sowie neurologisch-orthopädisch-psychiatrischer Fachrichtung (Abklärungsstelle für forensische Psychiatrie und Psychotherapie A._ vom 26. Oktober 2007) zu Recht auf eine beinahe vollständig erhaltene Arbeitsfähigkeit in leidensangepassten Tätigkeiten geschlossen.
5. Soweit sich der Beschwerdeführer wie vorinstanzlich zur Begründung einer fehlenden Arbeitsfähigkeit erneut auf den Austrittsbericht der Rehaklinik X._ vom 20. Juni 2006 beruft und gleichzeitig dem interdisziplinären Gutachten der Abklärungsstelle für forensische Psychiatrie und Psychotherapie A._ jegliche Qualitäten abspricht, kann auf die einlässlichen und zutreffenden Erwägungen der Vorinstanz (E. 4a-e) verwiesen werden. Auch die übrigen Vorbringen des Beschwerdeführers vermögen nicht zu begründen, inwiefern das kantonale Gericht den für die Beurteilung des Rentenanspruchs erheblichen Sachverhalt offensichtlich unrichtig festgestellt oder in unhaltbarer Weise gewürdigt (Art. 97 Abs. 1, Art. 105 Abs. 2 BGG) hat. Die letztinstanzlich eingereichten Ausführungen des Hausarztes Dr. med. O._, FMH Allgemeine Medizin, vom 17. September 2009 bestätigen nur den nicht umstrittenen Umstand, dass die Weiterführung der bisherigen Tätigkeit im Gartenbau nicht möglich ist. Im Übrigen ist der Beschwerdeführer schon vorinstanzlich darauf hingewiesen worden, dass der Sachverhalt nur soweit berücksichtigt werden kann, wie er sich bis zum massgebenden Beurteilungszeitpunkt (Erlass der Verfügung vom 28. Februar 2008) entwickelt hat. Die beantragte zusätzliche Überprüfung der Erwerbsunfähigkeit erübrigt sich.
6. Der Beschwerdeführer als unterliegende Partei hat grundsätzlich die Gerichtskosten zu tragen (Art. 66 Abs. 1 BGG). Seinem Gesuch um Befreiung von deren Bezahlung kann aber entsprochen werden (Art. 64 Abs. 1 BGG). Es wird auf Art. 64 Abs. 4 BGG hingewiesen, wonach die begünstigte Partei der Gerichtskasse Ersatz zu leisten hat, wenn sie später dazu in der Lage ist. Hingegen besteht kein Anspruch auf unentgeltliche Verbeiständung, da der letztinstanzlich bevollmächtigte Vertreter nicht als Anwalt zugelassen ist (BGE 135 V 1 E. 7.4.1 in fine S. 4).
Demnach erkennt das Bundesgericht:
1. Die Beschwerde wird abgewiesen.
2. Die Gerichtskosten von Fr. 500.- werden dem Beschwerdeführer auferlegt, indes einstweilen auf die Gerichtskasse genommen.
3. Das Gesuch um unentgeltliche Verbeiständung wird abgewiesen.
4. Dieses Urteil wird den Parteien, dem Verwaltungsgericht des Kantons Luzern, Sozialversicherungsrechtliche Abteilung, und dem Bundesamt für Sozialversicherungen schriftlich mitgeteilt.
Luzern, 22. Januar 2010
Im Namen der II. sozialrechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Der Präsident: Der Gerichtsschreiber:
Meyer Schmutz