Sachverhalt:
A. Vom 28. bis 30. August 2007 regnete es in der Region R._ stark (rund 85 l/m2). Da der Jauchekasten des Landwirts H._ zu überlaufen drohte, brachte dieser am Nachmittag des 30. August ca. 10'500 l Jauche auf ein Feld aus. Gegen 17:30 Uhr stellte eine Passantin eine Verschmutzung des nahe gelegenen B._bachs fest und alarmierte die Polizei.
B. Das Bezirksgericht Arbon sprach H._ am 6. Oktober 2008 vom Vorwurf der Widerhandlung gegen das Umweltschutz- (USG) und das Gewässerschutzgesetz (GSchG) frei.
Auf Berufung der Staatsanwaltschaft des Kantons Thurgau büsste das Obergericht des Kantons Thurgau H._ am 10. September 2009 wegen fahrlässiger Widerhandlung gegen das USG mit Fr. 600.--. Zudem verpflichtete es ihn, die Kosten der Strafuntersuchung von Fr. 800.-- und eine Verfahrensgebühr von Fr. 1'500.-- zu zahlen.
C. H._ führt Beschwerde in Strafsachen und beantragt, der Kostenentscheid sei aufzuheben und zur erneuten Festsetzung und Begründung der Beträge an die Vorinstanz zurückzuweisen; eventualiter seien die Beträge durch das Bundesgericht zu bestimmen.
Die Vorinstanz begehrt in ihrer Vernehmlassung, die Beschwerde sei abzuweisen (act. 10). H._ hat unaufgefordert repliziert (act. 11). Die Staatsanwaltschaft hat sich nicht vernehmen lassen.

Erwägungen:
1. Die Kosten-Erwägung der Vorinstanz lautet wie folgt:
"Zusammenfassend erweist sich die Berufung als teilweise begründet. Da die in der Strafuntersuchung entstandenen Kosten trotz des teilweisen Freispruchs anfielen, hat der Berufungsbeklagte diese in der Höhe von Fr. 800.-- zu tragen. Ferner hat er für das Berufungsverfahren unter Verrechnung einer reduzierten Entschädigung und unter Berücksichtigung der Tatsache, dass ein Schuldspruch erst in zweiter Instanz erfolgte, eine Verfahrensgebühr von Fr. 1'500.-- zu bezahlen" (angefochtener Entscheid S. 12 Ziff. 5).
2. Der Beschwerdeführer rügt, die Vorinstanz sei ihrer Begründungspflicht nicht nachgekommen und habe dadurch seinen Anspruch auf rechtliches Gehör (Art. 29. Abs. 2 BV) verletzt. Werde ein Angeklagter erst zweitinstanzlich verurteilt, falle lediglich die Gerichtsgebühr erster Instanz an. In vergleichbaren Fällen betrage diese pro Anklagethema Fr. 700.--. Wie die Vorinstanz trotz Freispruchs im Hauptanklagepunkt und unter Verrechnung einer reduzierten Entschädigung eine Gebühr von Fr. 1'500.-- habe festlegen können, sei nicht nachvollziehbar.
Die Vorinstanz bestätigt in ihrer Vernehmlassung, dass bei einer Verurteilung erst in zweiter Instanz der Gebührenrahmen erster Instanz anwendbar ist. Sie äussert sich nicht dazu, ob die Gebühr in vergleichbaren Fällen pro Anklagethema Fr. 700.-- beträgt. Wenn sie jedoch eine Ortsschau durchführe, erhebe sie als zweitverurteilende Instanz eine Gebühr zwischen Fr. 2'000.-- und 2'500.-- (act. 10 S. 1).
Da die Vorinstanz die Angabe des Beschwerdeführers, in vergleichbaren Fällen betrage die Gerichtsgebühr Fr. 700.-- pro Anklagethema, nicht in Frage stellt, ist angesichts der erhobenen Gerichtsgebühr von Fr. 1'500.-- anzunehmen, dass sie den Aufwand für die Ortsschau als einen Hauptbestandteil der Gebühr berechnete. In der Folge ist zu prüfen, ob der Beschwerdeführer das wissen musste, als er Beschwerde erhob.
In der Erwägung zum Kostenpunkt hält die Vorinstanz fest, dass der Beschwerdeführer trotz des teilweisen Freispruchs die Kosten der Strafuntersuchung zu tragen habe und dass sie die Gerichtsgebühr auf der Basis des erstinstanzlichen Gebührenrahmens sowie unter Verrechnung einer reduzierten Entschädigung berechnet habe (siehe E. 1). Dass die Gebühr wegen der Ortsschau deutlich höher ausfällt, ist nicht ersichtlich. § 3 Abs. 1 der Verordnung des Grossen Rates über die Gebühren der Strafuntersuchungs- und Gerichtsbehörden des Kantons Thurgau bestimmt zwar, dass die Verfahrensgebühr innerhalb des vorgesehen Rahmens nach dem Aufwand der Behörde zu bemessen ist. In der Vernehmlassung legt die Vorinstanz aber nicht dar, dass gestützt auf eine bekannte Praxis die Gerichtsgebühr deutlich erhöht wird, wenn eine Ortsschau durchgeführt wurde. Nachdem die Vorinstanz zu Recht den erstinstanzlichen Gebührenrahmen und die reduzierte Entschädigung erwähnte, die offenbar weniger stark ins Gewicht fielen, hätte sie die gebührenmässig schwerwiegende Ortsschau erst recht anführen müssen. Ohne diese Angabe ist die Berechnung der Gerichtsgebühr nämlich nicht nachvollziehbar. Folglich ist der angefochtene Entscheid wegen mangelnder Begründung (<ref-law>) aufzuheben.
Der Beschwerdeführer macht geltend, dank der Ortsschau sei er vom Hauptvorwurf der Gewässerverschmutzung freigesprochen worden. Bei der Neubeurteilung wird sich die Vorinstanz auch dazu äussern, ob es gebührenmässig einen Unterschied macht, welche Partei die Ortsschau beantragt und zu wessen Gunsten sie sich auswirkt.
3. Der Beschwerdeführer bringt vor, die Vorinstanz habe ihm die gesamten Verfahrenskosten auferlegt, die zum grössten Teil im Zusammenhang mit der Untersuchung des Vorwurfs angefallen seien, er habe gegen das GSchG verstossen. Da er davon freigesprochen worden sei, verletze die Vorinstanz den Grundsatz der Unschuldsvermutung (<ref-law> und Art. 6 Ziff. 2 EMRK), wenn sie ihm die entsprechenden Verfahrenskosten überbinde.
Die Argumentation des Beschwerdeführers wäre zutreffend, wenn den untersuchten Widerhandlungen gegen das GSchG und das USG zwei verschiedene Sachverhaltskomplexe zugrunde lägen (Realkonkurrenz). Das war hier jedoch nicht der Fall: Eine Passantin hatte gemeldet, der B._bach sei dunkelbraun verfärbt und trage braune Schaumkronen. Abklärungen der Polizei ergaben, dass der Beschwerdeführer kurz zuvor auf seiner nahe gelegenen, wassergesättigten Wiese ca. 10'500 l Jauche ausgebracht hatte. Deshalb bestand der Verdacht, der Beschwerdeführer habe mit der Jauche den Bach verschmutzt. Wenn er schliesslich vom Vorwurf der Widerhandlung gegen das GSchG "in dubio pro reo" freigesprochen wurde, weil die Verschmutzung auch von anderen Personen hätte stammen können, ändert das nichts daran, dass der Beschwerdeführer durch das unzulässige Ausbringen von Jauche die Untersuchungen, und zwar auch diejenigen im Sinne des GSchG, veranlasst hatte. Zwischen den untersuchten Widerhandlungen gegen das GSchG und das USG besteht Idealkonkurrenz (vgl. THOMAS HANSJAKOB, Kostenarten, Kostenträger und Kostenhöhe im Strafprozess, Diss. St. Gallen 1988, S. 162 Ziff. 4.8.2). Indem die Vorinstanz dem Beschwerdeführer die gesamten Untersuchungskosten auferlegt, verstösst sie nicht gegen die Unschuldsvermutung.
4. Die Beschwerde ist teilweise gutzuheissen. Soweit der Beschwerdeführer obsiegt, entfällt eine Parteientschädigung, weil er keine besonderen Auslagen hatte. Soweit er unterliegt, wird er grundsätzlich kostenpflichtig (<ref-law>). Er stellt ein Gesuch um unentgeltliche Rechtspflege. Da sein Begehren betreffend die Untersuchungskosten von vornherein aussichtslos war, ist das Gesuch abzuweisen (<ref-law>). Bei der Bemessung der reduzierten Kosten ist jedoch seinen finanziellen Verhältnissen Rechnung zu tragen.

Demnach erkennt das Bundesgericht:
1. Die Beschwerde wird teilweise gutgeheissen, das Urteil des Obergerichts des Kantons Thurgau vom 10. September 2009 aufgehoben und die Sache zur Neubeurteilung an die Vorinstanz zurückgewiesen.
2. Das Gesuch um unentgeltliche Rechtspflege wird, soweit es nicht gegenstandslos ist, abgewiesen.
3. Die Gerichtskosten von Fr. 400.-- werden dem Beschwerdeführer auferlegt.
4. Dieses Urteil wird den Parteien und dem Obergericht des Kantons Thurgau schriftlich mitgeteilt.
Lausanne, 9. Juli 2010
Im Namen der Strafrechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Der Präsident: Der Gerichtsschreiber:
Favre Borner